智能矿山设备的现状和发展趋势

智能矿山设备的现状和发展趋势

张帅

山东黄金矿业（莱州）有限公司三山岛金矿  山东省莱州市  261400

    摘要：随着通信技术、大数据和物联网技术的进一步成熟，智能挖掘已成为矿业发展的必然选择。近年来，在“物联网”、“5g新技术”、“大数据”等国家相关战略的影响下，国内一些矿业企业开始整合各领域新技术，开发智能采矿设备，探索智能矿山建设。本文主要前言了智能采矿设备的现状和发展趋势。

    关键词：智能矿山、现状、发展趋势

    前言

    近年来，随着人工智能技术的发展，大量新的智能技术被应用到各行各业，采矿业也发生了相应的变化。基于绿色环保的新理念，矿业的发展正朝着深部开采、绿色开采和智能开采方向发展。随着探明矿山数量的增加，露天开采逐渐减少，其中大部分为地下开采。绿色采矿是为了保护环境，回应绿色环保的新理念。智能采矿是为了节省矿山产能和劳动力成本，提高效率，提高安全系数。深部采矿和智能采矿都需要采矿设备的智能化，这是采矿业进入智能化新时代的源动力。洛阳钼业与华为联合使用5g新技术打造无人驾驶挖掘机，在业界掀起轩然大波。国外矿业巨头已开始将智能设备投入生产和使用，并计划建设无人智能矿山。

    1、智能矿山概述

    智能矿山是利用大数据和分析数据平台和物联网，通过网络远程调度卡车、控制机车运行和远程管理生产。最终实现一种高效、经济、安全的新模式。未来，智能矿山甚至可以通过基于矿山数据和当前矿产状况的一系列计算来控制开采量并实现利润最大化。纵观全球矿业，在国外，矿业巨头在智能矿山建设方面都遥遥领先。力拓在智能矿山领域与竞争对手拉开了距离，将建设一座纯智能矿山。瑞典的基律纳铁矿依靠计算机远程控制矿井中的机械。在我国，由于技术原因，智能矿山建设仍处于数字化矿山阶段。数字矿山不等于智能矿山，但数字矿山是智能矿山的早期阶段。虽然我国一直在采用卡车自动调度系统、采矿设备自动控制和高精度定位系统，但仍朝着智能化方向发展。

    2、矿山信息化建设背景

    2.1施工现状及存在问题

    20世纪90年代以来，芬兰、瑞典、加拿大、澳大利亚等国相继制定了“智能矿山”或“无人矿山”的发展规划，以获取采矿业的竞争优势。例如，加拿大国际镍业公司的地下通信系统可以传输多路视频信号，实现铲运机、凿岩台车、地下汽车等的无人驾驶和中央控制。芬兰宣布了智能矿山技术计划，涉及采矿实时过程控制、实时资源管理、矿山信息网络建设、新型机械应用和自动控制等28个主题。经过30多年的建设和积累，我国金矿信息化已经积累了很多经验，但离实现金矿智能化和实现金矿全面信息化管理决策还有很长的路要走。主要问题如下：

    （1） 科技研究的随意性、缺乏统筹规划和综合信息标准；

    （2） 专业发展相互分离，信息孤岛严重；

    （3） 缺乏数字高精度传感设备；

    （4） 重硬件、轻软件，采集的海量数据没有被专业人士充分利用；

    （5） 事务处理重，决策支持轻，没有严格遵循软件工程；

    （6） 仅限于二维系统的应用，缺乏透明的矿山技术研究和工程实践

    针对以上问题，我们需要以集成化数字金矿架构为目标，以新的思路开展新方法、新技术的研究，寻求突破。

    2.2智能矿山标准系统

    在现有国家标准和已发布的智能矿山相关顶层设计标准的基础上，综合运用结构化方法和面向对象方法，智能矿山标准体系包括八个部分。

    作为领导者，智能矿山总体标准界定了智能矿山标准的范围，并为其他标准提供了基础支持；基础设施标准、网络标准、信息资源标准和应用系统标准是智能矿山建设的技术和业务支持标准；补充完善运维管理标准、信息安全标准和评估标准，作为保障。

    3、矿井智能化建设关键技术

    智能矿山与智能地球相伴而生，是矿山系统工程与光纤网络、移动互联网、物联网、云计算、大数据等新一代信息技术紧密结合的产物。在嘉禾金矿、李果铁矿、中国矿业集团公司等多个智能矿山示范项目中，深入感知、深度互联、智能应用等技术特征逐渐体现。

    3.1一图协同服务技术

    矿山地理数据涉及矿山地质、测量、采矿、设计、机电、交通、通风等各专业业务部门，数据种类繁多，更新速度快。传统上，这些地图以地质和测量图为底图，不同业务部门在其上添加各自业务的特殊内容，这不仅在时效性方面明显滞后，而且难以保证各专业使用的金矿地理数据的一致性、共享性、现状性和完整性。

    充分发挥成熟的互联网基础设施，以GIS层为单位，将矿山各类专业图形集中为“一图”管理，基于统一制图平台、统一符号库、标准化分层和命名标准的矿山地图制图系统，将地质、测量、水文、，储量（以及通风、机电、生产管理等）；通过多专业协同工作和在线编辑各自的图形内容，可以实现在线协同实时维护和查询，提高信息系统的实用性和便捷性。

    3.2大地测量空间管理技术

    地勘空间管理是整个系统建设的核心内容之一，是采矿、采掘、机械、交通运输等专业的重要支撑。地理空间管理信息系统涉及大量核心算法。如空间变量插值算法、带逆断层的复杂TIN模型的自动生成算法、采矿工程规划和综合水文地质图的自动生成算法、期望剖面的切割算法、巷道草图线的自动扩展算法等。

    3.3多源数据集成技术

    为了解决采矿领域多学科部门现有多源数据集成中重复数据采集和空间数据多语义、多尺度、存储格式、数据模型差异的问题，在数据存储和管理方面，采用了支持“多源”数据集成的空间数据引擎，包括文件引擎（ArcGIS SHP文件、AutoCAD DWG文件、MAPGIS中间文件等）、sqlserver引擎、Oracle引擎等。

    多源空间数据引擎是一种基于空间数据库的通用引擎设计方法。该设计封装了一系列抽象的空间数据访问接口，并基于公共数据接口向上层桌面平台和服务平台提供数据访问服务；根据具体的物理数据源，实现上层抽象数据访问接口，将具体数据源的差异封装在数据源中，并提供统一的数据服务支持。

    3.4透明矿山和矿区施工技术

    透明矿区建设技术包括建立高精度、动态更新的三维地质模型、设备模型以及整合上下井的虚拟环境系统，以及基于高精度模型实现各种矿山信息集成应用的系列化技术。通过虚拟可视化技术，展示透明矿井，实现多部门、多专业、多层次的空间业务数据的集成与应用，为矿井安全监测、危险报警等提供服务。

    4智能设备的发展趋势

    今天，随着人类社会进入人工智能时代，采矿设备也朝着大规模、自动化和智能化方向迈进。目前，采矿设备的智能化已得到开发和应用。未来五年，自动化和智能技术的快速发展将使采矿设备更加智能高效。大数据、5g新技术和人工智能的快速发展和应用，极大地改变了传统采矿技术，也将推动采矿业的转型。自动钻孔、无人驾驶和自动装卸已广泛应用于美国、瑞典和加拿大等矿业巨头。中国正朝着这个方向发展。自动调度和无人驾驶挖掘机在一些矿山得到了广泛应用，并取得了良好的效果。学习国外先进经验，引进国外先进新技术，改进和完善现有技术，努力建设智能矿山。结合大数据、物联网和相关采矿数据，构建智能采矿生产系统，结合现有调度系统，结合5g新技术和精密定位系统，完善采矿机械，形成远程控制、无人驾驶、高度自动化的新型调度系统；并积极发展采矿机器人技术，使采矿机器人能够快速应用，与各大智能系统一起构建完整的智能矿山系统。智能矿山的建设将以采矿设备的自动化和智能化为基础，从而构建一个完整的矿山智能生产系统。依靠5g新技术和自动化技术，中国制造的采矿设备必将与国外相比，在不久的将来，智能矿山将成为现实。

    结束语

    智能矿山整合了各个领域的新技术，可以增加产量、减少损失、节约成本、保护环境、改善工作环境，并确保工人的人身安全。智能采矿系统也将给传统采矿业带来巨大变化，这将使整个采矿业更具竞争力，扩大采矿企业的生存空间。智能矿山是未来矿业的必然选择，各大矿业巨头都在抓住机遇；智能矿山也是未来社会发展的需要。从目前情况来看，随着通信技术和自动化技术的不断进步，智能矿山的到来步伐将大大加快。智能矿山的建设不可能一蹴而就。矿业企业应根据自身条件和合理规划，逐步建设智能矿山，以实现国土资源效益最大化和矿业企业利润最大化。

  参考文献  ：

[1] 王荣祥. 矿山生产设备发展趋势、规划目标与应对策略的建议（一）[J]. 矿山机械，2007（05）

[2] 王荣祥 . 矿山生产设备发展趋势、规划目标与应对策略的建议（二）[J]. 矿山机械，2007（06）

[3] 高梦熊. 采矿信息技术的现状与发展（一）[J]. 矿山机械, 2006（02）

[4] 郭芳 . 机械制造的智能化技术发展趋势研究 [J].2014