深度解读智慧矿山发展的新趋势与矿区安全监测预警

  改革开放四十多年来，矿业行业在创造巨大社会财富的同时，也面临着巨大挑战，存在着能源、资源、环境等多重压力，矿业等传统行业需要尽快解决开发方式粗放、生产效率和能源利用效率不高、矿产资源利用水平低等一系列难题，加快转变发展方式与经济转型的步伐。

  矿业行业需要借助现代化智慧化技术，推动资源开发方式深刻变革，实现集约、高效、可持续发展，智慧矿山建设已成为实现矿业高水平发展的必由之路。

  第一次工业革命，人类进入了蒸汽时代，工业的加快速度进行发展让矿业真正意义登上了历史舞台，当时矿山主要由人工进行开采；第二次工业革命，人类进入了电气时代，对矿业开发提出了更高的要求，矿山的机械化和自动化开采成为主流；第三次工业革命，人类进入了科技时代，对矿产资源需求达到了前所未有的高度，而矿业的绿色发展理念和矿山的智慧化理念趋于成熟，绿色矿山建设和智慧矿山建设得到了快速的发展。

  随着第四次工业革命(智慧化时代)的到来，自动化、数字化、智慧化技术在矿业行业得到了越来越普遍的重视，矿山公司开始按照各自不同的应用目标在智慧化建设过程中进行了大量的实践，根据技术应用侧重点可大致分为自动化矿山、数字化矿山、智慧矿山等。

  当前，普遍意义认为智慧矿山是在地质测量、资源管理、采矿设计、计划编制、采矿生产、选矿加工、尾矿处理、采选装备等方面实现数字化规划设计、自动化运行、无人化作业、智慧化管理的安全、高效、集约型的现代化矿山。

  从20世纪60年代开始，国外部分发达矿业国家就开始研究自动化、数字化、智慧化采矿技术；进入20世纪90年代，为取得采矿业的竞争优势，这些发达矿业国家开始实施智慧矿山研究计划，开始制定“智慧化矿山”和“无人化矿山”发展规划。

  目前能轻松实现地质建模、开采过程三维数字化，采矿装备大型化和部分装备智慧化，建立采选运营中心而实现集中管控，大多数表现为一线作业人员少、生产效率高、安全事故少等。

  如加拿大国际镍公司(Canada Nickel)长期致力于研究自动采矿技术，拟于2050年在某矿山实现无人采矿，通过卫星操控矿山的所有设备，实现机械自动采矿；英美资源集团(Anglo American plc)使用的最新技术体系称作“未来智慧矿业”，体现在浓缩矿井、无水矿山、现代化矿山、智慧矿山等四个方面，未来智慧矿业更偏向于对资源的节约集约以及生态环境保护，高新技术极大地减少了对化石燃料和传统能源的依赖；

  瑞典基律纳铁矿(Kiruna Iron Ore Mine,Sweden)目前已基本实现无人智能采矿，在井下作业面除了看到检修工人在检修外，几乎所有操控均由远程计算机集控系统完成，自动化程度非常高，主要得益于大型机械设备、智慧遥控系统的投入使用，以及现代化的管理体系，高度自动化和智能化的矿山系统和设备让开采更加高效；

  力拓集团(Rio Tinto)的“未来矿山”计划，主要是围绕计算机控制中心展开的无人驾驶卡车、无人驾驶火车、自动钻机、自动挖掘机和推土机等，该项目将采用70多项创新技术，包括加工厂的数字化模拟系统、完全集成的自动化矿山和模拟系统、先进的自动化技术应用、领先的生产分析系统等。

  随着数字技术、信息技术、人工智慧技术等加快速度进行发展，各个国家加快了智慧化在矿业领域技术装备和运营管理中的创新和推广应用，产业配套体系发展较快，智能采矿技术系统通过智慧科技和智慧服务，使矿场的装备、产品、流程和人员以前所未有的方式整合在一起，改善矿场安全性、降低经营成本、提升效率；

  矿山智慧化管理系统能将操作人员、调度员、现场经理、中控室监控人员接入同一个平台，通过系统集成实现采矿工艺的全过程控制，优化生产的全部过程，提升采矿效率和矿山安全；为矿山公司可以提供强大的物联网、高级分析和人工智能技术，提高安全性、生产力和运营效率，同时为提升在矿山智慧系统的实力，地下矿山自动化领域的公司也加快了并购。

  总体来看，国外很多国家及矿业公司的智慧矿山建设已经超越机械化和自动化的范畴，将智慧矿山的绿色、安全、智慧、高效理念渗透到了矿山生产的各个环节。

  改革开放四十多年来，我国矿业在为经济社会持续健康发展提供大量基础原材料的同时，也存在能源、资源、环境等多重压力，矿业作为传统行业需要尽快解决开发方式粗放、生产效率和能源利用效率不高、资源利用水平低等一系列难题。

  国家对矿业行业的不断重视和扶持，要求要大力推进数字化绿色化协同转型发展，特别是把“推动数字技术赋能采矿行业绿色化转型”作为矿山企业转型升级和加快发展的一项重要任务。

  近年来，随着推动矿山建设和采矿活动的“高效、安全、环保”，国内不少矿山企业数字化设计工具普及率、关键工艺流程数控化率已有某些特定的程度的提高，矿山智慧化水平也在不断的提高，尤其是大数据、自动控制、物联网和5G等技术应用的普及，让部分矿山的智慧化建设取得了突破性的进展。

  我国矿山智慧化建设各具特色。例如山东黄金三山岛金矿通过新网络、新技术、新应用建设，挖掘矿山发展的新引擎，开创矿山建设运营新模式，实现产业数字化。

  云南普朗铜矿5G智慧矿山工业应用在矿山成功落地，实现井下穿脉内铲、运、卸矿作业自动化、智慧化，成功打造少人和无人生产作业全流程智慧化解决方案。

  玉溪大红山铁矿集成30余个子系统，智能采矿选矿、数据决策、能源管控和安全管理一体化控制，采矿生产实现地测采三维建模、铲运机无人驾驶，选矿实现主要生产设备远程集中控制和生产参数实时动态调整，地面实现道路喷淋降尘自动控制和在线监测。

  浙江交投浦新矿业建成决策指挥调度中心和矿产资源三维地质孪生模型，以及矿山越界开采预警、矿山粉尘在线实时监测、人员车辆实时定位跟踪、全方位视频监控、智能车辆调度、骨料质量在线检测等六大系统。

  宝武资源智慧矿山整体提升，2022年无人化、集中化指数分别达到60.2%和54.2%；其马钢张庄矿智慧选矿系统实现全流程智慧化运行，提高精矿产能10%以上，智能充填系统实现了充填全流程智慧化管控和一键充填；其武钢大冶矿基于“矿石流”的全流程管控，建设了集采选充一体的智慧管控平台，针对采场冲击波伤害，引入电力网技术，建立矿井通风智慧决策与远程控制系统，并整合航拍、塌陷区监测点、三维重建等技术。

  西藏玉龙铜矿实现卡车智能调度、智能配矿、电铲高精度定位、钻机自动布孔等,以及选矿原、精、尾高精度品位在线检测和破碎、磨浮智能控制，通过生产、安环能源监控平台和MES系统，实现成本过程管控以及全面移动应用。

  西部矿业锡铁山铅锌矿从采矿、选矿、管理三方面做完整架构设计，实现电机车无人驾驶、远程装矿、采矿数据集成、智能通风，以及选矿全流程集中控制、磨矿和浮选专家控制管理系统，矿山数据实现自动统计与智能分析，全面实现过程成本管控。

  同煤大唐塔山煤矿对涵盖矿井生产的采、掘、机、运、通、地质防治水以及地面洗选运等10个大系统27个专业子系统开展了智慧化建设与改造，打造了矿山云图智能决策平台，通过现代通信技术和控制技术，实现安全生产全流程的远程、协同和自动控制。

  洛阳钼业三道庄露天矿采用新一代物联网、大数据、人工智能等系列技术，将无人机动态建模、多金属多目标配矿、装运卸智能调度以及生产数据智慧分析与管理集成为一体，构建了一套全方位新型现代露天矿智慧生产管控决策系统。

  目前，对智慧矿山的理解还较为片面，认为智慧矿山是矿山生产所有的环节实现数字化、自动化、无人化作业，来提升管理效率、实现资源集约。但智慧矿山更多意义体现在各要素要实现数字化、自动化和协同化管控，并且其运行系统还要具备感知、分析、推理、判断及决策能力。

  我国矿产资源品种多、总量大，但大矿少，中小矿多；露天开采少，矿井开采多；独立矿少，共(伴)生矿多。区域差异性极大，所以智慧矿山建设要因地制宜，采取合适的方式方法来实现矿山的智慧化建设。但不少矿山在智慧化改造建设中照搬照抄，不能根据真实的情况“一矿一策”制定智慧矿山建设方案。

  智慧矿山建设各环节缺少联动，信息和数据孤立，没办法形成体系，而使得单环节的智慧化建设效益大打折扣。智慧矿山是将数字化、自动化、智慧化等技术与矿山生产经营过程紧密结合，实现矿山智能化生产和管理的综合系统。对于我国大多数矿山而言，体系建设慢慢的变成了最大的难点和痛点。

  国家提出把“推动数字技术赋能采矿行业绿色化转型”作为矿业企业转型升级和加快发展的一项重要任务。但整体看来，支持政策和支持力度还稍显不足，对于大多数中小型矿山企业而言，体系化的智慧化建设效益并不足以覆盖建设成本。同时，矿山企业对生存发展难以预期，这也影响了企业升级改造的决策和推进。

  目前多是依靠信息化服务的第三方科技公司，除5G矿山技术外，缺少足够实力的科技公司支撑国内矿山智能建设，智能矿山装备制造和生产服务等产业不完善不配套不系统。

  总体来看，我国矿山智能化技术研发起步较晚，相比于国际上的领先水平，大部分矿山企业的生产自动化程度低、系统分散、信息融合度差，特别是资源储量管理的三维地质建模水平不高。随着我们国家数字通讯技术的加快速度进行发展，大大推进了我国智能矿山建设的加快速度进行发展，部分环节甚至已处于国际领先，但在系统性与全面性方面尚有一定差距。

  为引领和规范矿业行业快速推进智慧矿山建设，自然资源部组织众多自动化设计单位、科研院所、高校、矿山企业等经过两年多的努力，编制发布了《智能矿山建设规范》(DZ/T 0376—2021)行业标准，成为推动矿山勘查开发全环节自动化智能化应用的重要指引。

  同时，加大了行业标准的贯标实践工作，有16家企业纳入了自然资源部“智慧矿山建设规范试点单位”，通过这一些矿山企业的实践示范，必然会成为具有中国特色智慧矿山建设的典范。

  另外，自然资源部发布的《矿产资源节约与综合利用先进适用技术目录(2022版)》中，将数字化信息化技术作为重要领域，不少科研机构和矿山企业创新应用的数字化智能化技术装备列入这个目录。整体看来，智能矿山发展的新趋势体现在以下几方面。

  从矿山生产实际出发，通过现代化新技术赋能资源开发，以提升矿山开发效率和资源利用水平为最终目的，矿山企业需强化自身责任意识，推动矿山智能化建设是国家推进数字化绿色化协同转型的重要内容，在推进矿山智能化建设过程中锚定方向，坚持效率提升、资源节约、绿色发展、安全本位。

  依托资源开采过程中的“矿石流”，对矿山地质测量、储量管理、开采、选矿、资源节约与综合利用和生态治理等全流程智能化建设进行规范，并注重人工智能、大数据、物联网、工业互联网、云计算、三维、虚拟现实等新技术与矿业行业的创新融合应用，打牢矿山数据基础，推动矿山开发全环节自动化智能化应用。

  采用新一代网络、导航、高清视频云计算等共性赋能平台应用，实现精准探测和地质模拟、矿层智能识别、矿产资源精准定位。全力发展无人驾驶、采矿机器人等智能应用，实现井下无人凿岩、铲装、运输远程操控和无人驾驶等。开展开采过程地质建模，提高资源采收率，优化运输环节的故障监测，减少停车能耗。

  推动矿山智慧化升级改造工程，提升选矿智能化水平，推进共(伴)生资源综合开发利用，实现节能减排、矿产清洁生产和矿产废弃物有效利用，提升矿山生产对环境的友好性；积极利用各种传感设备、数字智能技术开展矿区及周边生态环境监视测定，提高生态保护修复效果；加强地质环境探测，利用综合遥感监测技术，感知山坡稳定性，增强山体边坡滑坡、泥石流等地质灾害预警能力。

  构建矿山数字化运营平台，打通生产勘探、采矿挖掘、选矿和加工再造、矿产销售等全环节智慧化管理，提高矿产资源整体储备与调节能力，打造矿产生产和营销的新模式、新网络。聚焦“产运储销”关键环节，通过数字化平台对接下游冶金、建筑、化工等行业原料需求，持续提升协同销售水平。

  不同地区不一样矿山在地质条件、资源禀赋、开发方式等方面千差万别，在推进智能矿山建设上没有绝对的范式，智慧化程度也不可能做到完全一致。可根据智能化应用程度将智慧矿山划分为不同级别，矿山企业应该注重整体考量和全盘谋划，把握好自身建设基础和能力，结合矿山现有工艺水平和实际的需求，选择比较适合自身的智能化建设路径，确保矿山企业在智慧化建设上取得资源、效益、安全的多赢。

  事实证明，推进矿山智慧化建设，提升企业自主创造新兴事物的能力和资源开发效率，已成为实现矿业高水平发展的必由之路，有条件的矿山企业应在推进智慧化建设上主动作为，推进智慧油田、智慧矿山、智能开采等智慧化升级改造，争取作为试点示范企业，带动和引领矿业行业创新与智能化发展。

  智慧矿山建设是在地质与测量、矿产资源储量、矿产资源开发、选矿、资源节约与综合利用、生态环境保护、智能协同管控等各方面实现智能化，不单单是采矿过程中的自动化和无人化，以此来实现矿山利益的最大化、资源利用的合理化、环境保护友好化以及安全生产的最佳化，还可以通过对后端市场的分析来自动控制生产与开发，从而让矿山企业获得更多回报。

  在关注矿山智慧化发展的同时，我们也将警钟长鸣，近年来，矿山安全事故时有发生，矿山地质灾害由于时空特点与产生条件各有特点，随着矿山地质勘查的手段逐步应用，针对不同环境采取比较有效的防治措施，防止或监测预警矿山地质灾害的发生，减少人员受伤或死亡和财产损失。

  实现对矿山安全事故的预防，有效手段是通过监测矿山安全稳定性状况，制定并实施针对性防范、治理方案，确保对矿山安全的及时预警预报，对安全生产具有重大意义。

  矿山安全监测预警系统是在对露天矿边坡监测、尾矿库安全监测、采空区地表沉降监测等监测领域进行深入研究的基础上，利用传感器技术、信号传输技术、网络技术和软件技术，监测矿山安全的各项关键技术指标，记录数据，分析趋势，辅助主管单位决策，全方面提高矿山企业安全监管水平，增强企业、社会、政府对于灾害的预警响应能力。

  边坡安全监测主要是了解边坡在采矿、剥离、爆破和降雨影响下的变形活动特征，判断边坡的稳定状态，保证生产建设活动安全进行，同时通过监测了解不稳定边坡体的演变过程，为不稳定边坡的预测预报及工程治理提供较为可靠的数据资料和科学依据。

  利用传感器技术、信号传输技术、网络技术和软件技术，监测矿山安全的各项关键技术指标，记录数据，分析趋势，辅助主管单位决策，全方面提高矿山企业安全监管水平，增强企业、社会、政府对于灾害的预警响应能力。

  通过监测系统对边坡的位移、应力、地下水等情况做实时监测，来预测边坡失稳的可能性和滑坡的危险性；为防治滑坡及可能的滑动和蠕动变形提供技术是依据以及预测和预报今后边坡的位移、变形的发展趋势。

  尾矿库安全监测系统是在尾矿库库区及尾矿坝、排洪设施等构建筑物上布置自动监测仪器设施、供电、通信、防雷等设施，通过智能传感器自动化测量、视频监控、网络通信及计算机技术，实现对尾矿库安全进行全天候自动监测、监控、分析和预警的系统。

  以一定范围（区域）的滑坡、泥石流及崩塌等地质灾变体为监测对象，对其在时空的变形破坏信息和灾变诱发因素信息实施连续、实时、动态的监测，及时获取全面准确的数据。

  通过对变形因素、相关因素及诱因因素信息的相关分析处理，对灾变体的稳定状态和变化趋势做出判断，同时揭示滑坡、泥石流、崩塌的空间分布规律，对未来有几率发生的灾害的地段（点）做出预测，从而协助相关管理部门的地质灾害业务工作能够高效协助进行，预防地质灾害发生，减少生命财产的损失。

  通过建立适合矿山真实的情况的地压监测网，对地压进行长期高效稳定检测，实现对采空区冒落以及地面沉降（或地表塌陷、地表变形）等采空区引起的地质灾害进行稳定的监测和预警。

  采空区地表沉降监测系统具有远程数据传输、远程状态浏览、远程系统设置以及数据管理、用户管理、安全管理等功能；可及时、准确地发现监测数据中异常数据，预警采空区失稳情况，提示有关管理单位提前做好应急准备，避免灾害造成人员和财产损失。

  地下采空区处理的难点在于许多因素的不确定性和隐蔽性，利用三维动态扫描深入到人没办法进入的采空区、空洞进行全方位的空腔扫描，有效保障人员安全，便于井下测量过程中直观了解数据采集的实时信息、稳定、高效、精准。

  “北斗智慧云监测平台”是基于大数据、云存储、云计算、云服务搭建，以公司自行研发的北斗/GNSS高精度监测技术和北斗短报文通讯技术为核心，结合多元监测手段，实现对监测体进行全自动实时在线高精度多元化监测和分析预警，成功应用于国土、交通、水利、住建、市政、矿山等行业及一带一路地区。