数字矿山——资源开采的新动能 | 亿欧观点

陈宗珩
2020.04.30 19:06
[ 亿欧导读 ] 3月3日,发改委等部门出台新政,明确指出要健全煤矿智能化标准体系。 露天开采由于在安全等方面具有较大优越性,本文从露天矿区出发,探讨露天矿区数字化现状及其无人化主要应用场景。
露天开采,无人驾驶,传统企业数字化,数字矿山

作者:陈宗珩

国家发展改革委、国家能源局等部门于2020年3月3日印发《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》提出,到2021年,建成多种类型、不同模式的智能化示范煤矿;到2025年,大型煤矿和灾害严重煤矿基本实现智能化;到2035年,各类煤矿基本实现智能化,构建多产业链、多系统集成的煤矿智能化系统,建成智能感知、智能决策、自动执行的煤矿智能化体系。

露天开采由于在安全等方面具有较大优越性,已成为资源开采的首选开采方法。本文从露天矿区出发,探讨露天矿区数字化现状及其无人化主要应用场景。

露天开采在采矿工业中占据重要地位

相比地下开采,露天开采具有不可比拟的优越性。20世纪以来,煤炭、冶金、建材、化工等行业的露天开采得到广泛发展,约2/3的矿产资源露天开采。本文以露天开采为例,介绍数字化矿山的现状与未来发展。

2017年,全球年产煤80亿吨,其中露天开采50亿吨,美国、澳大利亚、俄罗斯露天采煤量占比均在50%以上,部分国家甚至高达90%。中国露天矿数量由建国初期的10余座增加到2017年的400余座,采煤量约5.28亿吨,只占全国总煤炭产量的14%,露天采煤量占比远低于国际水平,具备很大的增长空间。

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国内其他矿产如铁矿石露天开采比重高达86.4%,铜矿、铝土矿、稀土矿等露天开采占比均高于60%。煤矿虽占比较低,但是由于其总产量庞大,也是露天开采不可忽视的一部分。

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数字化赋能露天开采全流程

矿山建设一般经历以下三个阶段:

  • 勘探及建设立项阶段:矿床初步勘探、详细勘探、项目建议书、可行性研究及设计任务书。

  • 建设设计阶段:初步设计、技术设计必要时在初步设计后还要增加技术设计。

  • 设阶段:施工、试车、投产(生产)及总结验收。

“数字化矿山”(digital mine)是对真实矿山整体及其相关现象的统一认识与数字化再现。

矿山数字化信息系统包括以下子系统:

矿区地表及矿床模型三维可视化信息系统,服务于勘探及建设立项阶段、建设阶段

矿山规划与开采方案决策优化系统,水文地质及岩石力学数据采集、处理、传输、存储、显示与探采工程分布集成系统,服务于建设设计阶段

矿山主要设备运转状态信息系统、生产环节监控与调度系统、矿山环境变化及灾害预警信息系统、矿山经营管理及经济活动分析信息系统,服务于建设阶段。

在矿山的建设过程中,建设生产阶段为露天开采耗时最长、耗资最大的部分,也是数字化矿山应用最广,融合程度最高的阶段。

以生产环节的数字化建设为例,主要分为管理层、操作层、执行层和传输层,前三个环节的数据通过传输层流通,实现矿山网络的一体化管理。

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指令和信息通过管理层、操作层、执行层的顺序自上而下进行,管理层通过数据分析、感知计算等技术方法,结合作业计划、调度管理等管理方式整体把控整个矿山的信息,并下达指令。

操作层收到管理层的指令后,通过地面控制终端、远程操纵台等,实施远程操作,通过中央控制屏和按钮箱等管控具体生产环节,以及通过BI平台等进行经营管理和经济活动分析等。

执行层包括机器(装载设备、铲运设备、运输设备)、仪器(传感器、仪表)、人员,直接进行生产环节的施工工作。

传输层负责整个矿山的数据传输,与各层级之间均有数据交换,从最上层的GNSS、通讯基站,到中层的安全监控网、智能交换机,再到底层的路边传感器、定位仪等,使得所有生产数据、位置信息都能够输送到合适的位置并做出相应的处理。

数字化矿山形成的管控一体化系统,综合考虑生产、经营、管理、环境、资源、安全和效率等因素,实现整体的协调优化。

无人化才是矿山开采的终极目标

中国一些重点矿山目前已经建设了包含不同内容的矿山数字化信息系统。数字化矿山的代表企业东方测控、华夏天信等企业已服务较多国内煤炭产量50强企业。数字化矿山不是未来时,而是现在进行时。

然而,对于矿山开采来说,无人化才是终极目标。

2014年,陕煤化集团黄陵矿业一号煤矿1001综采工作面实现无人开采。实现了工作面割煤、推溜、移架、运输、灭尘等操作自动化运行,达到了工作面无人作业的目的。

虽然当前已经有成功案例,但是受制于成本、环境等因素,矿山完全无人化仍有很长一段路要走,细分流程的发展研究是现在矿山无人化的主要发展方向。

在无人化作业中,当前前景最大、发展最快的是无人驾驶运输车环节,运输车主要应用在矿山生产工艺的采装、运输和排卸环节。

在采装环节中,运输设备主要作用是装载由挖掘设备采掘的松散的矿岩。

在运输环节中,运输设备将采场采出的矿石运到选矿厂、破碎站或贮矿场,把剥离的岩土运送到排土场,将生产过程中所需的人员、机械设备和材料运到作业地点。

在排卸环节中,运输设备将矿石/岩土排卸到贮矿场/排土场。

总体来看,运输工作在露天开采工艺中占据重要地位,其基建投资额占总基建费用的40%~60%,运输成本和工时分别占矿石总成本和总工时的一半以上。合理运用无人驾驶技术,不仅可以降低矿上运营成本、提高劳动生产率、提高矿上生产能力,还可以通过运输环节管控来提升露天矿整体的管理工作水平。


本文来源于亿欧,原创文章,作者:陈宗珩。转载或合作请点击转载说明,违规转载法律必究。

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