安徽省多金屬礦山智能化采礦的研究與探索

研究與探索安徽省多金屬礦山智能化采礦，建議研究人員明確智能化采礦技術的整體結構，分析其對于礦山開采的促進作用，從礦山開采的實際需求出發，提升整體開采過程的智能化，進而提升開采效率，維護采礦過程的穩定推進。

1 多金屬智能礦山概述

要實現多金屬礦山智能化采礦，必須構建智能礦山系統，以信息化設備與技術為基礎，以自動化建設為手段，結合人工智能、智能傳感、大數據、云計算、物聯網、5G通信等先進技術，以信息化技術與設備來替代井下作業，改善并優化井下作業人員的作業環境，提升作業效率，減少多金屬礦山開采過程中可能出現的人員與經濟損失，構建多維度、跨系統的數據分析平臺，為礦山管理人員各個階段的開采計劃提供相應的數據支持口，并為其發展規劃布置提出合理性建議。

2 智能化采礦技術整體架構

智能化采礦技術整體架構包括應用層、平臺支撐層、數據層、傳輸層、感知層。以下進行細致論述：

2.1 應用層

應用層又包括以下數項結構組成：其一，展示端。展示端主要包括微信公眾號、門戶網站、PC應用端、調度大屏、移動APP；其二，綜合決策大數據分析系統。主要包括經營大數據、生產大數據、安全大數據方面的決策分析；其三，生產執行系統。主要包括機電管理、開采調度管理、安全管理、采掘生產管理、“一通三防”管理、地測信息管理。該層主要是讓管理人員能夠根據多金屬礦山的采礦規劃來進行對應的控制。

趙鳳敏向記者表示，作為全國農業機械行業科技工作者的平臺，學會方面將會借助專家智慧、發揮專業優勢、聚合行業資源積極推進展會的各項組織工作。借助力邀海外相關學會、組織，動員國內學會各地、各細分領域分支機構的專家、學者以及一線工作者，到展會現場分享真知灼見，與業界同仁廣泛交流等舉措，將展會打造成為一個業界權威學術與行業解決方案的交流中樞。

礦用防爆柴油機無軌膠輪車作為煤礦業專用車型，與普通車輛有很大不同，其一它的防爆性能優秀，其二它是以防爆系統為特色，各項設施的都具有防爆性，因此它的檢驗項目、檢驗設備均與檢測普通車輛有很大的區別。首先，在檢驗項目內容上主要有稱重、尾氣含量、轉向輪側滑量、制動性能等等，檢測這些項目的設備選擇十分重要。連接管路、閥門要有充足的備件，同時要完善保護措施。測量尾氣含量，或者是測量燈光時，應首先考慮設備的便攜性，采用一些輕便的檢驗設備。此外，在制動力測量過程中，要根據實際情況，根據滾筒筒皮造成的磨損程度，選擇不同的方式去拆卸或者更換反力式制動滾筒。

2.2 平臺支撐層

平臺支撐層包括以下數項：其一，基礎技術支撐服務，包括搜索引擎、工作流引擎、報表服務、日志管理、GIS地理管理、開采流程管理、圖層合成、金屬分析；其二，數據管理支撐層，包括數據抽取、數據存儲、數據統計、數據查詢；其三，數據共享與交換服務，包括數據訂閱、數據派發、數據推送、即時通信；其四，應用與分析支撐服務，包括數據融合、安全診斷、預測預報、信息發布

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多金屬礦山智能化采礦建設中所用的各項接入性設備必須保證安全、可靠，數據真實，才可確保后續數據整個傳輸過程的穩定性，亦能確保采礦智能化建設的穩定推進。

(4)模型提出一種基于前景理論的TOPSIS排序算法對應急方案進行優劣排序。該排序方法相對于傳統TOPSIS方法能有效考慮專家風險偏好；相對于傳統基于前景理論與TOPSIS的決策方法，其計算便捷，能有效挖掘決策信息。

2.3 數據層

數據層在統一坐標標準、定義標準、接口標準、安全標準之后，整合業務數據庫、空間數據庫、多媒體數據庫、用戶管理庫、基礎信息庫、決策支持庫、時空數據庫等，構建對應的實時數據收發平臺。

2.4 傳輸層

傳輸層主要組成單位包括：4G/5G無線網絡、工業環網、視頻專網。

2.5 感知層

感知層包括對膠帶提升與運輸、頂板、水文、人員、車輛的視頻監控，對供排水、供電、通風、壓風、中央水泵房等的安全檢測，整體的監測過程會實時傳輸到對應的分站并進行系統化管理。

3 多金屬礦山智能化采礦建設實踐

3.1 基礎網絡搭建

主運輸智能化建設的核心目的在于實現帶式輸送機供配電、振動在線監測、帶式輸送機滾筒溫度、采掘機集控、帶式輸送機集控功能，并以此為導向來開發井下巡視工作監控系統、地面集控室監測系統、帶式輸送機手持式智能監控軟件。帶式輸送機以視頻自適應調速，可降低空轉率。以下以1700m帶式輸送機來進行舉例分析。控制調速范圍在2.7m/s與4.0m/s之間，每日可節省500kW·h電量。而就一些關鍵帶式輸送機來說，借助智能巡檢機器人技術，對帶式輸送機金屬堆積、異物、跑偏等問題加以檢測，可將紅外熱成像儀（如下圖2所示）裝設在巡檢機器人上，在線監測托輥、滾筒、減速機、帶式輸送機電動機等的溫度，在某項設備出現發熱故障時，進行及時發現與及時解決，維護帶式輸送機的長久運行。

3.2 采礦工作面智能化建設

采礦工作面智能化建設主要涉及到兩方面內容：工作面智能化建設、工作面巷道集控中心智能化建設。其中前者主要是集控室軟硬件建設、工業網絡搭建，進行采礦機、移動變電站、組合開關、泵站、液壓支架、破碎機、轉載機、刮板輸送機集控，并對金屬運輸、切割金屬刀數、采礦機位置、礦壓等數據展開多維度、跨系統分析；后者建設的目的是實現采礦機、自動金屬礦體切割機（如下圖1所示），液壓支架自動化跟機能夠直接識別與定位采煤機位置，而觸發液壓支架跟機程序，主要用于伸收護幫板、推溜、自動拉架。采礦機自主切割金屬是以人工智能技術的預測算法為基礎，借助裝設在采礦機之上的操作系統切割金屬工藝、俯仰搖擺傳感器、采高傳感器、位置傳感器完成邏輯控制，實現采礦機的自主采礦。

3.3 掘進智能化建設

掘進智能化建設主要針對的是掘進工作面供風、供電、運輸系統集控，實現掘進工作面連采機自動化生產，梭車與破碎機進行自動化聯動，錨桿機完成自動化支護。以某礦山為例，其包括8個工作面，供風、供電、運輸系統皆得以集控化，極大緩解了掘進過程中運輸系統的壓力，取消了多個固定崗位，并根據智能化采礦技術得到的信息統計制定了各項設備的開機率報表，為技術人員、管理人員的各項操作提供了系統性的指導。掘進工作面智能化建設，讓連采機以負載敏感、慣導、5G傳輸網絡等技術為基礎實現了梭車與破碎機聯動啟停、自主切割金屬功能、遠程控制功能；其后再選擇引入兩臂自動錨桿機，能進行金屬的自動錨固、自動打鉆、自動定位功能，如此可讓支護單根錨桿時間縮短，支護效率提升

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3.4 主運輸智能化建設

依據礦山的整體結構布置以及各個階段的采礦需求構建井上－井下生產環網，確保數據安全、可靠傳輸。從以下數個方面著手：其一，在井下中央變電所、加壓泵房等核心位置裝設萬兆環網交換機，構建環形結構，在中央變電所至地面布置2趟光纜，構建井上－井下生產環網；其二，在采掘平面、運輸巷、帶式輸送機機頭、井下變電所皆布置型號一樣的5G綜合分站，構建“一網一站”開采管理系統；其三，要求5G綜合分站能夠集數據采集、數據交換、語音廣播、語音IP電話、人員定位、車輛定位、無線通信等各項性能于一體，并實現廣播電視網、電信網、互聯網“三網融合”，構成具備語音通信即時溝通功能、運行數據動態監測、視頻圖像實時監控的綜合信息化網絡管理平臺；其四，在礦山開采面裝設5G通信系統，主要包括微型射頻拉遠單元、遠端數據匯聚單元、基帶控制單元、IP RAN（包括無線電接入網、Radio Access Network）、地面核心網，主要用于為多金屬礦山開采提供大帶寬、低延時傳輸網絡

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本實驗采用力竭離心運動模型，利用mATPase 酶染色檢測骨骼肌中快、慢肌纖維百分比。結果顯示，與對照組比較,力竭運動組(E0、E24、E48組)I型肌纖維相同視角下百分比明顯降低，而Ⅱ型肌纖維相同視角下百分比明顯增加。

3.5 供電智能化建設

智能開采技術，指的是在傳統開采技術的基礎上進行優化，比如深礦井開采技術、溶浸采礦技術等，抑或者是配合勘測技術、智能化通信技術，基于礦產智能勘察技術、數據高速傳輸技術，實現對多金屬礦山的精確開采，避免在無效區域投入資金資源，讓每一次的開采作業都可命中關鍵。

3.6 供排水智能化建設

實現礦山區域智能供排水建設，仍舊可引入智能巡檢機器人，完善儀器儀表自主識別、自主巡視、紅外熱成像等功能；在零星排水點裝設臺數適宜的水泵并完成集控，并計劃在2天內完成自動均衡排水、管路沿線流量、壓力監測。如某礦山在建成之后通過采空區矸石、采空區空間儲水對礦山所用水進行了過濾凈化，具備較高的節能、環保性，并通過構建智能監測監控系統，時刻監測礦井水流向，保證其不外排，以此來達到保護地下水資源的目的。

3.7 輔助運輸智能化建設

在礦山輔助運輸車輛上裝設攝像機、雷達等裝備，使其能夠第一時間感知周邊存在的障礙物、車、人，并在司機誤操作或者難以操作制動踏板時，主動制動、減速、告警，保證車輛與井下作業人員的安全；實現對作業車輛駕駛員的疲勞監測，監視其駕駛行為，在其出現危險駕駛時，及時告警；對運行車輛智能限速，杜絕超速駕駛

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4 多金屬礦山智能化采礦建設關鍵點

4.1 需進行網絡通道拓寬

礦山企業在采礦方面具備較為豐富的核心力量，但是在信息化方面一般缺乏相應的專業人才，而要實現智能化建設，除了本專業的人才之外，還要求配備數據分析工程師、軟件工程師、網絡工程師等，并實現這些專業人士的融合協調發展，才可在相互配合之下完成智能化采礦建設。

4.2 進行各個子系統接口統一

當前階段的礦山開采設備數據接口包括以太網、CAN、RS485等多種類型，以太網接口數據傳輸安全穩定、比如容易接入、數據采集方便，故而，可統一所有設備應用該種接口，能夠起到最好的效果。

4.3 關聯設備可靠安全

韓建峰告訴記者，過去很多目標比較模糊，如對教學沒有太多目標，因為缺乏統一的考評機制。現在醫院要求教學也要有具體的目標，包括年度教學任務完成情況、精品教材申報情況、國家級或省級教學名師申報情況、各類型教學比賽獲獎情況等。醫院定出整體教學目標后，各科室根據不同教學量、教學任務制定目標。

4.4 人才齊備

當前階段礦山采礦設備所用的5G網絡上行、下行通信速率分別為40Mbit/s、100Mbit/s，雖然足夠數據傳輸使用，但是在視頻傳輸時卻會略顯卡頓，針對該種情況，需盡快完成井下5G網絡建設，可讓上行、下行通信速率達到300Mbit/s、2000Mbit/s，快速地進行數據、圖像、視頻傳輸，更易對采礦過程進行智能化控制與管理。

5 多金屬礦山智能化采礦關鍵技術

5.1 智能化開采技術

很多礦山設置的變電所已經實現了整體供電過程的無人值守，主要是通過智能巡檢機器人來實現對整個礦山開采區域的智能巡檢，可通過預設巡檢軌道，定時安排巡檢機器人按照固定的路線，巡視各個變電所高壓柜的周邊環境與運行狀態，以此來解決以往固定視頻監控可能存在的死角問題，并聯動自動化系統，在某臺高壓柜出現不正常運行或者是故障時，巡檢機器人會直接移動到該位置并對其加以全面的檢查；可對高壓柜合閘操作系統設置人臉識別，替代傳統形式的工作票制度，提升故障檢修效率，精簡檢修流程；可在高壓柜處裝設高清攝像頭，與多金屬礦山智能化采礦關聯，如此可在操作人員因誤操作而出現事故后，對其及時追責；在巡檢機器監測到環境氣體出現超限時，會及時進行告警處理，并將供電電源切斷。

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擴散焊是指在一定溫度和壓力下，被焊的兩個工件原子之間的電子相互作用并相互遷移，形成相應的共價鍵、離子鍵或金屬鍵，最終形成較為牢固的焊接接頭的過程.擴散焊具有焊接質量好、零件變形小、可焊接大面積接頭等優點，目前已經廣泛應用于同種或異種金屬之間的焊接，如Al/Al，Al/Mg，Ti/鋼等[6-8].

5.2 移動設備人員接近探測技術

在掘進工作中裝設可覆蓋周邊360°區域的全景影像輔助識別設備，如此能夠在采掘設備作業時，發現周邊在移動的人員并迅速告警并提示駕駛人員及時停止設備操作，避免誤傷其他人員，從而保證整個施工過程的連續性、穩定性

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5.3 無線傳感技術

礦山智能化開采建設時所用的無線傳感技術包括設備無線振動、溫度等狀態監測技術以及工作面環境變化的無線監測技術等，該項技術的實施能夠在一定程度上減少井下作業人員的工作量，提升各項數據搜集的準確性，并依據后期的數據處理與分析來保障整個作業過程的安全性。

5.4 智能油脂潤滑、加油技術

根據油質、油壓、油位在各個階段的監測數據，完成自動注油、加油，如此可避免礦山開采主設備與輔助設備加油不及時，并降低相應管理人員的勞動強度，使其有更多的時間與精力來投入到其他更加重要的事務中

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5.5 井口智能安檢技術

通過安裝安檢系統來監測進入礦山開采現場的人員與運輸車輛，針對內部并持有出入證的車輛及時識別，其他車輛需提前登記申請方可入內，以此來確保礦山開采不會受到其他外部因素的過多干擾。

5.6 梭車無人駕駛技術

在梭車上裝設激光雷達，并以先進算法為基礎，進行路徑規劃、自主建圖、自主定位；同時，中央控制器可持續不斷的收集人體感應傳感器、金屬傳感器、速度傳感器、角度傳感器數據，在數據處理之后發送指令向執行系統，讓梭車能夠完成后續的自動運行。

6 結語

綜述，文章就安徽省多金屬礦山智能化采礦的研究與探索展開了綜合論述，明確了其重要性與必要性，建議給予其足夠的重視，探究各項智能化技術在多金屬采礦過程中的應用，發揮出其更大的價值與效用，維護礦山企業的穩定發展。

[1] 葉建亭,劉權.地下金屬礦山開采中連續開采關鍵技術的應用[J].華東科技：綜合,2018，(3):1.

[2] 李豪,孫靈波,楊琳.地下金屬礦山智能化開采綜合技術研究[J].裝備維修技術,2021，(29):1.

[3] 姚永超.地下礦山大規模高效智能采礦技術裝備應用與發展[J].礦業裝備,2018，(4):4.

[4] 連民杰,周文略.金屬礦山智能化建設現狀與管理創新研究[J].礦業研究與開發,2019,(7):6.

[5] 程力,劉煥新,朱明德等.金屬礦山地下采空區問題研究現狀與展望[J].黃金科學技術,2020,(1):12.

[6] 吳樹棟.中國有色金屬學會礦山信息化智能化專業委員會第二屆代表大會在洛陽召開[J].中國有色金屬,2019，(17):1.