矿山智慧化和砂石骨料的现代化转型升级

矿山智慧化和砂石骨料的现代化转型升级

潘昌华

中国水利水电第九工程局有限公司 贵州省贵阳市 550081

摘要：砂石骨料生产线早期缺少信息化、自动化综合管控系统，大多企业仅配置基础自动化或单机启停电气系统，智能化程度较低，无法进行一体化自主生产，多个工艺段和计量系统均需要人员参与控制管理，产生的信息孤岛导致生产效率低下，影响砂石骨料的生产加工能力，无法保障企业的经济收益。浙江某玄武岩矿山是浙江省内储量最大的玄武岩生产企业，矿区储量1360万t，加工工艺采用3级破碎1级整形的干法工艺，该矿山针对目前行业存在的问题，完成了无人值守智能管控平台搭建，平台由管理信息子系统和智能控制子系统两部分组成，在虚拟数据中心技术加持下，平台下的信息系统和控制系统完成了数据互融互通，最终完成了一体化平台打造，该平台的成功应用，为矿山行业智能化建设提供了一条践行之路。

关键词：矿山智慧化；砂石骨料；现代化转型；措施

1砂石骨料矿山智能化需求

砂石骨料母岩的开采方式一般为露天开采，主要工艺包括开拓、穿孔爆破、铲装、运输等环节，所用装备包括潜孔钻机、挖掘机、铲车、矿用卡车等。机制砂石骨料制备工艺一般包括破碎、筛分、制砂等环节，所用装备包括给料、破碎、筛分、制砂及输送等设备。砂石骨料矿山主要生产活动有矿床勘查、资源分析、采矿设计、生产计划、开采作业、破碎作业、制砂作业、销售发货等。根据生产组织方式、标准作业流程，砂石骨料智能矿山建设的具体需求主要包括以下方面。

1)矿产资源是矿山开采、加工的对象，矿山地理环境是生产活动展开的场所，对资源与环境的全面准确了解，是矿山生产活动高效开展的基础。智能矿山需要建立资源环境三维模型，实现资源环境的数字化。

2)境界优化是露天矿山设计的重要环节，需要统筹考虑资源的赋存条件、开采的技术条件、矿物产品的实时售价、矿石开采及处理的成本等多方面因素对设计方案的总体效果的影响，而传统的计算方式过程复杂，耗时较长，结果不够准确。同样，传统的矿山设计、规划排产也是耗时耗力。智能矿山需要借助专业软件解决境界优化、设计、规划、排产的问题。

3)矿山生产劳动作业强度大，作业环境恶劣(高温、多粉尘、噪音大等),凿岩、装药、铲装、运输等岗位人员安全风险大。智能矿山通过爆破、采装、运输、破碎、制砂、发货等环节的自动化、数字化、智能化改造，实现生产自动化、关键生产过程的可视化、检测的实时化、设备运维的智能化，降低员工劳动强度，提高劳动效率，提高产品质量稳定性，实现本质安全。传统的卡车调度模式依靠固定配车、人工跑现场、人工收集录入数据，调度实时性不高，是铲装和运输效率提升不上去的关键痛点。智能矿山尤其需要实现实时的、动态的、优化的卡车调度。

4)矿山作为高危行业其安全问题不可忽视，另外，社会发展也对砂石企业的绿色发展提出了更高的要求。智能矿山需要实现对人员安全、环境安全、环境保护的全面一体化掌控。

5)传统的经营管理方式，信息传递较慢，决策过程基本依靠主观判断，智能矿山需要实现矿山生产经管理信息化、实时化、决策科学化。

2矿山智慧化和砂石骨料的现代化转型措施

2.1砂石骨料物料处理精细化

众所周知，矿山原料经过前端的破碎和筛分后，成品的针片状含量、含泥量、粒型、级配、含粉量、实积率等重要指标，无法满足现代基础建设的高品质要求。如何将砂石骨料加工精细化，是提高砂石骨料品质的重大研究课题。凭借砂石骨料物料处理精细化的技术优势，南方路机作为港珠澳大桥、深中通道、核电等精品集料设备供应商，将固定式破碎筛分设备、移动式破碎筛分设备、模块式破碎筛分设备、框架式破碎筛分设备和整形制砂设备进行技术整合和归集，“物料处理五位一体”。

在智能控制方面，南方路机自主研发，采用先进的工业物联网技术，在自动化系统的基础上，将人员、设备、物料、仓储、物流等各子系统的联锁协同控制、运行状态监测、设备信息交互等功能加以集成，实现了统一技术平台的综合安全监控与信息管理。

在我国现代化基础建设的进程中，南方路机“物料处理五位一体”，全面助力众多国家和世界级的道路、桥梁、高楼等基础设施建设。

2.2布料小车优化控制

布料系统是智能控制子系统的前端工艺环节，针对现场长距离布料场景，项目建设中改变常规的依次排序布料模式，建立原料布料模型，通过料仓的智能均匀布料、序列优先布料的方式，实现粉矿仓自动均匀布料，为一下工艺段提供稳定的原料供应。

当布料小车启动运行时，各个矿仓都达不到满料位的时候，布料小车根据原料布料模型，从起始位置依次对每个矿仓进行均匀布料，精准给出布料小车在各个粉矿仓的布料时间。当小车到达指定位置时，系统开始计时。当矿仓的布料时间达到设定值的时候，布料小车停止下料，并向下一个矿仓行进，到达位置后，重复上一步控制流程。

布料小车启动运行前，原料布料模型自动统计布料小车正转方向与反转方向上的所有矿仓的优先级别，根据计算结果，选择有优先级别总数最大的方向作为启车方向。当优先级别总数相等时，系统参考上次布料方向与布料时间，选择与上次方向相反的方向作为小车的启车方向；当原料布料模型计算矿仓之间的优先级别差距不大且都是较高级别时，控制器根据料仓下方卸料器的使用情况来判断料仓布料的优先等级，然后对优先级别高的进行布料。当前进方向上的矿仓之间的优先级别差距很大时，布料小车将按照尽快通过低优先级别的矿仓，较快地移动到高优先级别的缺料矿仓，对缺料矿仓进行布料；在检测到小车前进方向上的矿仓都是满仓或者小车前进方向无矿仓时，电机换相，向相反的方向进行布料，以此完成系统的最优布料工作。

2.3生产作业自动化

随着技术发展，矿山的爆破、采装、运输、发货等环节逐步朝远程化、遥控化、自动化、无人化发展。遥控及无人驾驶技术涉及的应用设备包括钻机、装载机、矿车等。系统借助车载传感器及环境传感器感知附近环境变化，通过远程遥控或系统决策方案，操控矿用设备进行相应的钻孔、爆破、铲、装、运工作。

露天卡车调度系统实时采集露天生产以及辅助设备的状态信息，自动计量统计生产信息，及时准确地掌握生产进度，实时跟踪与显示设备运行状态，实时优化调度、优化车流、自动调度。卡车调度系统提高调度指挥的精准性与实时性，提高生产作业效率，降低设备投资和生产成本，提高经济效益。

质量管理是矿山生产的核心，贯穿于规划、设计、计划、开采、破碎、制砂等全过程。在线检测技术能够解决定时离线分析检测方法的滞后性问题，提高品质管控的实时性。推动在线粒度分析在砂石骨料矿山的应用。在线粒度分析仪通过连续采集运动中(如皮带输送机、振动给料机等)砂石骨料的图像，利用大数据分析技术，给出物料粒度大小分布情况，避免超粒径混入，可以及时调节相关生产设备的控制参数，如振动给料机的下料量、破碎机的振幅、频率等参数，保障产品质量及其稳定性。

无人值守自动装载计量系统能自动完成发货作业。系统能自动感应车辆位置，进行发货信息人机交互，自动装料，自动计量，实时显示装车进度，实现发货作业全程无人值守。该系统可以节省人力，提高发货效率，防止作弊与商业贿赂。

结论

在“绿水青山就是金山银山”的大背景下，中国智慧矿山工程有望迎来“遍地开花”、“百花争鸣”、“强强联合”的大好局面。作为一个复杂的系统工程，智慧矿山的推进将对提升矿业产业层次、形成产业竞争优势、提高经营管理水平起到积极的推动作用，全面开展智慧矿山建设已经成为我国矿业产业转型的必由之路。未来，矿业行业也将逐渐向高质量、可持续的方向不断迈进，真正将废旧矿山变为“金山银山”。

参考文献：

[1]杨瑞华，孟松坡.智能控制系统在砂石骨料行业中的应用[J].无线互联科技，2018(24):147-148.

[2]孙健，王利召.砂石骨料行业旋回破碎机工艺布置设计[J].科技创新与应用，2020(14):112-114.

[3]张卫，万正道，贺祥红.颚式破碎机自适应控制系统的设计与实现[J].金属矿山，2020(11):203-210.

[4]郭华.美卓HP系列破碎机给矿系统改造设计[J].矿业工程，2021,19(1):39-41.