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要實現智能化綠色開采,這些技術將大顯身手!

作者:admin 發布日期: 2018-10-29 二維碼分享

在2018中國國際礦業大會的專題論壇中,采礦論壇格外引人注目,這一切皆因為它內在的“學術”味道。以“科技引領、綠色開采”為主題的第十一屆全國采礦學術會議於10月19日在天津舉行。據介紹,為了更好地促進礦業技術的交流,按照礦業大會組委會的安排,把這個學術會議作為今年國際礦業大會的一個重要組成部分一並舉行。

本屆中國國際礦業大會組委會主席、中國礦業聯合會會長彭齊鳴在會上致辭時表示,人類的經濟社會活動永遠離不開礦產資源提供的材料保障。我們要做的就是改變固有的低效的開采方式和先開采後治理的理念,逐步向更高的水平邁進,實現智能開發、綠色開發。智能化綠色開采,不僅能生產出高質量、低成本的礦產品,更能使礦業這座金山銀山無痕地融入到綠水青山,還會帶來新的金山銀山和更美的綠水青山,這也是我們礦業重塑形象的一個起點。

近年來,很多企業已經在綠色礦業建設方麵取得了非常顯著的進展,而這很多都得益於新的采礦技術的應用。在本次會議上,來自有關院校的專家學者、礦業企業負責人對綠色開發**技術和經驗理念做了分享。


專家指點迷津


“綠色開發是**礦業可持續發展的命脈,也是**本世紀中葉建成美麗中國而國家允許的礦業開發模式。這是新時代保護生態環境製度的剛性約束和不可觸碰的高壓線。隨著淺部資源逐年減少、枯竭,開發深部資源是維持我國礦產資源有效供給、**我國國民經濟可持續發展的*主要途徑。研發顛覆性的采礦新技術、新工藝,實現深部遙控智能化無人采礦,是實深部礦產資源開發安全高效*大化的必由之路。”北京科技大學教授、中國工程院院士蔡美峰以“礦產資源綠色智能深部開采關鍵工程科技戰略研究”為題,分享了綠色開發、深部開采和智能化采礦未來礦業開發的三大主題。
蔡美峰表示,綠色采礦的主要方法有:一是將采礦與生態環境作為一個大係統進行研究。不隻把礦產看作資源,同時把土地、河流、地下水、植被等構成環境生態的各種要素都當作資源加以保護和利用。二是通過科學設計並采用**技術,將采礦對環境擾動控製在允許的範圍內,以*小的環境擾動獲取*大的資源量和經濟效益。三是采選過程采用無廢或少廢的工藝技術,實現廢料產出*小化;避免和控製廢棄物排放對環境和生態造成汙染和破壞。四是與采礦同步開展礦山土地複墾與綠化。采礦過程中保持礦區完整的生態體係;開采結束以後隻需要少量甚至不需要進行末端治理,就能使礦山生態環境與自然生態環境有機地融為一個整體。

  蔡美峰表示,我國深部開采麵臨深部高地應力、深部岩性惡化、深井高溫環境、深井提升等關鍵問題,需要破解。

岩爆是一種由采礦引起的人工誘發地震,它和天然地震一樣,都是一個能量聚集、演化和突然釋放的過程。天然地震的能量來自於地球的構造運動,礦山岩爆的能量來自於采礦開挖擾動。因此,借助地震學中能量與震級的關係式,可以根據開采擾動能量的大小,對潛在的岩爆趨勢與級別作出預測。基於采礦過程,通過開采造成的擾動能量分析,能夠實現對開采誘發岩爆的趨勢和震級作出理論上的預測。“當前主要問題是岩爆檢測和實時預報還缺少成熟技術,準確的岩爆短期和臨震預報還做不到。這同樣要依據岩爆誘發機理,盡早開發出智能化可視化的岩爆精準探測與預報技術及設備。”蔡美峰表示。
目前國內外采用的礦井降溫技術包括兩種,一種是非人工製冷和人工製冷技術。通風是主要的非人工製冷降溫技術。但井深超過1000米後,單靠通風不能達到降溫的要求,必須同時采用人工製冷的降溫技術才能得到降溫要求。人工製冷降溫包括水冷和冰冷兩種。目前我國采用人工製冷降溫的深井礦山隻有很少幾個,而且我們降溫的設備多數是從國外引進的,價格昂貴,很難在我國大範圍地推廣應用。蔡美峰認為,為了高效解決深井降溫問題,必須發展主動式降溫技術,重點在以下兩個方向:深井高溫岩層隔熱技術和深井地熱開發技術。深部采礦和深部地熱開發的有機結合,將為我國成為未來的采礦強國作出貢獻。


蔡美峰認為,為適應深部開采條件還需要對傳統采礦工藝進行係列變革。

遙控智能化無人采礦是應對不斷惡化的深部開采和環境條件的*好的方法,*大限度地提高勞動生產率和采礦效率、**開采安全的*根本、*有效、*可靠的方法。目前,國內外采礦仍然還在無人礦山的初級階段。為了實現無人采礦從初級階段向高級階段的過渡,對傳統的采礦模式、采礦技術、采礦工藝和管理手段進行根本性的變革是完全必要的,其中包括開發和創新一係列具有顛覆性的技術和方法。近幾年,國內的一批礦山通過數字化礦山建設,遙控智能化作業水平有了長足的進步。特別是煤礦進展顯著。
關於智能采礦,北京科技大學教授明世祥分享了題為“智能采礦技術在金屬礦山的應用與發展”的報告。
現在智能開采的現狀怎麽樣?明世祥表示,金屬礦不同於煤礦,煤礦礦體賦存比較規範、比較規整,金屬礦形態都是比較複雜的、不規則的,傾角都是比較大的,都是立體性開采的。所以,露采金屬礦實現智能化開采相對是比較容易的,但是井下實行智能開采的難度就比較大。國外地下礦山智能開采技術,主要體現在采掘、運輸環節上,在一些輔助的環節上也沒有完全達到智能化的條件。“我國大多數是老礦山,資源不足,係統改造難,采礦方法複雜,適合高強度開采的礦體比較少。將來采礦自動化的程度、數字化的發展比較快,必然能夠推動地下智能礦山的建設。深井開采越來越多,也逼迫我們需要推進智能化礦山建設。”明世祥說。

在采礦災害防治和預警方麵,專家們也給出了方案。

我國礦產資源尤其是金屬礦山條件都不是很好,而且在這種情況下,越到深部礦山災害會越來越多,深部開采麵臨著岩爆、煤瓦斯突出等問題和挑戰。安全的*後一個問題就是預警,預警是**安全的重要手段。東北大學教授、“長江學者”朱萬成以“采礦岩石力學與金屬礦災害預警”為題,分享了四個方麵的內容:關於岩石力學在金屬礦采礦裏麵的應用的基本背景,關於采礦災害預警的一些基本的學術觀點,岩石破壞機製與采礦之間的聯係,以及幾個工程的實例。他認為,現在沒法圓滿回答“一個地方能不能發生垮塌或者岩爆”、“什麽時候發生”這樣的問題。“在礦山,我們爆破開挖有可能發生岩爆,但是這種岩爆不是這個地方采動了馬上發生,或者這個地方采動了這個地方發生。要找到時間、空間跟現在的狀態有聯係,但是又不是直接的聯係,直接的聯係到底在哪裏?怎麽找到這個聯係?這是岩石力學需要解決的問題。”他借助他的導師唐春安的觀點分析,地震跟礦山發生災害相比,地震設計的介質不清楚,難以了解震源的性質,但是礦山圍岩結構相對清晰,但是也不是完全清楚。地震涉及到的時間跨度很長,但是礦山頻繁采動,可以讓人們更多地去理解或者了解它這個應力采動影響的範圍或者程度。另外,地震麵積比較大,難以建立分析模型,但是礦山的災害是一個工程的尺度,相對容易把握,通過數值預測等方法可以對它的災害有一定的把握。在深部開采過程中,誘發的短中期重複岩爆活動可以為掌握岩爆規律提供條件。在這個背景下,我們希望研發一個雲平台。通過雲平台,首先要研發它的大腦,這就必須要有實驗數據、理論模型和現場監測數據。有了這個立足條件,還必須有一個抓手,即建立基於監測數據挖掘和數值模擬預測相結合的預警方法。“通過預測監測不斷的循環,在同一個位置不斷地提高數據獲取量,加深對這個位置岩體的響應信息或者災害發生可能性的認識程度。*終基於此,我們希望能夠做到預測。”

我國有56%的煤礦礦井因自燃從而損失了大量的寶貴資源,不僅每年投入防滅火的經費非常多,而且汙染環境。遼寧工程技術大學原校長、教授王繼仁以“煤炭自燃機理理論與實踐”為題,分享了他的研究成果。他表示,在煤炭自燃機理方麵的研究上,近些年他們做了大量的嚐試。研究發現,煤炭自燃由活性*大的含氮、硫、磷活性側鏈基團與氧反應引起,活性基團與氧吸附放熱是導致煤炭自燃的原動力。煤炭自燃難易的增重活化能判定方法。找到活性基團的數量和質量,來用一種阻化、惰化的物質,把活性基團進行惰化、阻化,突破了傳統上認為的強鹽吸水隔氧的阻化機理。

企業傳經

隨著核電的規模化發展,鈾產業迎來了新的發展機遇。積極推動國內鈾資源和海外鈾資源勘查開發,對於滿足我國核能發展的需求和促進經濟社會發展,實現能源、經濟和生態環境的協調發展,提升鈾資源可持續發展水平具有重要意義。

從未來采礦趨勢發展來看,采礦技術的進步取決於兩個方麵,一是裝備和技術的進步,二是隨著裝備技術的進步,開采模式也將改變。

那麽,未來采礦技術將向什麽方向發展,我們又該如何建設世界**礦山,用什麽樣的標準去衡量呢?在論壇上,王李管也發表了自己的看法。
     他介紹,世界**礦山包括設備**、管理**、係統**。對於建設世界**礦山,他認為,可以通過數字化、信息化、智能化,對傳統的一些技術流程、技術方法進行改變,進而提高傳統裝備的工作效率,實現自動化、智能化。在管理上,打破過去隻考慮單個裝備、單個係統的性能,而應該注重全作業鏈的協同,也就是整個礦山生產的每一個環節,做到一盤棋。同時,要以全流程、全員、全要素、全過程的數據為核心,把數據統一起來。因為礦山的信息化發展有很多孤島,在基於生產技術和管理這三個層麵上要把數據打通,建成一個好的數據中心和協作平台,由人找數據變成數據找人。

論壇上,中國鈾業有限公司總工程師蘇學斌為大家介紹了我國第三代鈾礦采冶技術發展和工程應用。

蘇學斌表示,我國鈾業經過了60年的發展,形成了三代技術:**代技術從1958年開始,是以常規采礦和攪拌浸出為標誌的天然鈾生產技術體係;第二代采鈾技術是從1985年發展起來的堆浸工藝和酸法地浸采鈾工藝;第三代技術是以二氧化碳加氧氣地浸采鈾技術,該技術既環保又安全,它**實現了從浸出試劑根源和工藝流程方麵控製汙染源產生,顛覆了鈾資源開發中“先汙染後治理”的傳統環保理念,*大限度地保護了地下水。
技術的革新是實現綠色開采的原生動力。會上,招金礦業股份有限公司副總裁王春光分享了他們公司關於綠色開采技術的創新經驗。主要有以下幾個方麵:


第 一:低品位資源開發利用技術。黃金作為稀缺不可再生資源,目前受礦體賦存狀態、技術水平、市場動態等因素影響,資源綜合利用水平低,存在浪費資源的問題,招金礦業始終注重低品位資源的盤活和利用,研發了智能輔助決策軟件,可快速圈定礦體,估算資源儲量,建立三維模型。同時,進行不同技術經濟指標條件下的礦床經濟評價,從而實現資源儲量可視化管理與經濟開采,對減少勘探成本、提高資源利用率、優化礦山規劃設計,科學指導礦山日常地測生產具有顯著效果。

第 二:深井開采製冷降溫技術。隨著淺部資源開采枯竭,深部開采將成為未來的主趨勢,而開采深度的增加所帶來的高壓、高地溫等問題日益突出。在高溫高壓環境、安全高效開采方麵,招金礦業成功實施了國內**非煤礦山井下製冷降溫項目,采用井下製冷、井下排熱方式進行降溫,使得作業麵的溫度由原來的35攝氏度降到現在的27攝氏度,大大改善了作業環境,提高了作業的效率。

從未來采礦趨勢發展來看,采礦技術的進步取決於兩個方麵,一是裝備和技術的進步,二是隨著裝備技術的進步,開采模式也將改變。

那麽,未來采礦技術將向什麽方向發展,我們又該如何建設世界**礦山,用什麽樣的標準去衡量呢?在論壇上,王李管也發表了自己的看法。
     他介紹,世界**礦山包括設備**、管理**、係統**。對於建設世界**礦山,他認為,可以通過數字化、信息化、智能化,對傳統的一些技術流程、技術方法進行改變,進而提高傳統裝備的工作效率,實現自動化、智能化。在管理上,打破過去隻考慮單個裝備、單個係統的性能,而應該注重全作業鏈的協同,也就是整個礦山生產的每一個環節,做到一盤棋。同時,要以全流程、全員、全要素、全過程的數據為核心,把數據統一起來。因為礦山的信息化發展有很多孤島,在基於生產技術和管理這三個層麵上要把數據打通,建成一個好的數據中心和協作平台,由人找數據變成數據找人。


第 三:鬆軟礦體空場嗣後膏體充填技術。針對井噴下麵礦體鬆軟、強度極低、頂板無法控製、采場穩定性差等問題,招金礦業與科研單位合作,成功在新疆地區建設成了**膏體充填站。投入運行後,生產能力大幅提升,延長了礦山尾礦庫的服務年限,提高了井下作業的安全性。

隨著礦業行業的快速發展,產生了許多關於信息化、智能化建設的概念。其中,數字礦山、智能采礦是目前比較受關注的概念。

那麽什麽是數字礦山?數字礦山的發展是怎樣的呢?會上,長沙迪邁數碼科技股份有限公司董事長王李管與大家分享了題為“數字智能化與未來礦山建設”的演講。
他表示,數字礦山是指以礦產資源開發過程數字化信息為基礎,對資源、規劃、設計、生產和管理進行數字化建模、仿真、評估和優化,並持續應用於礦山生產全過程的新型礦山技術體係和生產組織方式,也叫數字化礦山。而智能采礦是在數字化礦山的基礎之上,利用係統工程理論及網絡自動控製和人工智能等技術,以開采環境數字化和采掘裝備自動化為特質,實現采礦計劃、生產、調度和決策等過程的智能化,是現代礦山信息化發展的新階段。


此外,王李管還表示,在信息化、智能化規劃方麵要充分考慮到業務的特點,包括地質、采礦、選廠等全過程,以資源開發為核心。通過我們的采掘進度計劃引出一係列的計劃,主要從業務上要有一個全覆蓋。從國際的經驗來看,實現智能化有三個層級:**個層級叫裝備的智能化或者叫自動化,第二個層級叫係統的智能化和自動化,第三個層級叫整個企業的智能化。這三個層級是有共性的,但也有不一樣的地方。因此,在未來礦山建設的過程中,各個工藝環節需要采用專業的硬件產品,在不同層級解決不同層級的問題,同時也要考慮整個作業鏈的各個工業係統環節,高度協同。

隨著《中國製造2025》逐步深入,礦山企業正在加快以智能礦山為目標的戰略轉型,電機車無人駕駛作為智慧礦山的重要標誌正在被越來越多的礦山企業認可。無人駕駛係統的實施不僅減少作業人員,還能改善工作環境、增加設備運行時間、提高生產能力,真正達到本質上的安全生產,實現機械化換人、解放人的目標。
雖然國內電機車無人駕駛起步比較晚,但是發展比較快,國內企業一直在持續研究和推進,並付諸於實施,已實現了遙控控製和自動行駛相結合的無人駕駛體係,但是與國際**技術相比,還未達到全自動化的目標。
會上,丹東東方測控技術有限公司通訊導航部部長白洪亮圍繞“井下采礦無人駕駛技術”主題,為大家闡述了目前國內無人駕駛的關鍵技術——
1

      係統架構,整個無人駕駛係統由三個層麵構成,*底層是車載控製係統,還有一個放礦機控製係統,中間環節是通訊係統,井下接一個光線管網,上麵帶了很多無線通訊基站,地上就是控製中心和操控台,主要包括:機車無人運行控製係統;機車**定位係統;軌道障礙物識別和防碰撞;安全應急保障係統;機車及各設備自身健康狀況監測技術;機車優化調度及信集閉係統;變速巡航係統;子裝礦係統;通信保障係統;溜井和卸礦坑料位監測技術。
2
      機車**定位導航技術。該定位精度要求5厘米左右,所以在井下這一個環節,如果實現定位應該是多種定位方式相結合的定位體係。另一個就是網絡,因為電機車是一個與外隔離的係統,要通過無線網絡把高清視頻和所有的控製信號傳到上位機,**不能延遲,有延遲就容易導致機車失控,更不能斷網或者有盲區,否則安全隱患太大。
3

     自動裝礦技術。自動裝礦技術是實現整個無人駕駛*難的環節,它主要包含:車鬥的**定位、車廂的蠕動控製、放礦機控製、裝車車廂料位控製,還有大塊自動檢測,大塊自動檢測實際上是放礦控製中比較難的一個環節。
4

     變速巡航技術。它可以實現電機車的無人駕駛,主要針對所有的軌道、路段建模。電機車走到每一個位置的速度是預先設定好的,比如,什麽時候升弓,什麽時候降弓,什麽時候避讓,所有過程做完,電機車就能實現自主運行。此外,在車前安裝一個探測雷達,便可以往前掃射大概70米~100米的距離。在井下也建立了直道和彎道三維模型,通過前探雷達掃描與三維模型匹配,再結合機車視頻的自動識別,可以檢測到前方的軌道上是否有人、是否有其它設備,機車之間是否有足夠的安全距離,必要時采取自動緊急刹車,實現主動安全。
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     安全應急保障技術。該技術也可以說是一套安全保障機製,它包含機車行駛路線的分段閉鎖、機車防碰撞檢測、機車分段限速及斷電控製、軌道障礙物檢測、定點及車載視頻監控、應急處理預案、各崗位標準的操作規程、安全管理規範。

   隨著采礦技術的不斷進步,我們希望,第十一屆采礦學術分論壇會議的召開,可以為廣大礦業從業者帶來更多的收獲,為我國礦業的發展注入新的活力,為踐行綠色發展理念、實現智能采礦和數字礦山、建設美麗中國做出貢獻。


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