數字化礦山建設中精細化采礦技術研究

李 健

(貴州省黔西市應急管理局，貴州 黔西 551500)

0 引 言

現階段我國礦山建設存在的普遍問題是精細化采礦技術應用水平不一致的問題，如果礦山資源量大且經濟效益與社會效益較好的話則精細化采礦技術的應用水平較高，礦山建設速度較快，且呈現信息性、科學性和系統性等特點，礦山規模不斷擴大，而規模較小且礦山資源量較小的礦山在技術應用上受到一定限制，受資金投入力度不足的影響，礦山數字化建設水平通常達不到相關標準。礦山規模和資源量的巨大差異是精細化采礦技術應用的主要影響因素，為減少相關因素對該技術應用效果的影響需要進一步探索，以實現數字化礦山建設收益的最大化，促進我國礦山事業的健康發展。

1 現階段我國數字化礦山建設的發展現狀

數字化礦山建設是國家發展的必然趨勢，也是礦山企業實現轉型與升級的必然要求，隨著科學技術在礦山建設中的應用，我國數字化礦山建設工作的發展現狀主要表現在以下幾個方面。

1.1 成立領導小組，更新管理模式

目前我國多數礦山企業相應地改變了自身的管理模式，在數字化礦山建設過程中順應時代發展潮流，管理模式有所創新，多數企業成立專業的領導小組，健全相應的管理部門，加大資金的投入力度，將安全生產作為重點工作內容之一，提高了采礦工作的安全性。同時，引進先進的數據傳輸技術，例如千兆工業以太網，完善信息傳輸管理體系，建立信息調度中心，配備專業的硬件設施和軟件系統，以保證儲存數據的完整性與真實性，其中信息管理軟件應用較為廣泛的是三維可視化軟件。此外，充分發揮傳感器在安全生產環節中的重要作用，完成了礦山建設的基礎數字化。

1.2 建立數字化礦山平臺

安全生產一直是礦山產業中人們關注的熱點問題，而數字化礦山平臺的建設大大降低了安全事故的發生頻率，為一線工人提供了安全的工作環境。數字化礦山平臺的應用將分散的安全管理工作集中化，并逐漸向信息化方向發展，實現了對一線采礦工作的實時監控，同時，還可以通過軟件系統對相關風險因素進行預測，從而實現局部的遠程控制。目前資源量多的礦山企業還能很好的運用礦井三維模擬技術，這為礦山安全建設的發展奠定了良好的基礎。

1.3 數字化礦山平臺的實質性作用發揮

雖然大部分礦山企業建立了數字化礦山平臺，但受各種因素的影響往往導致該平臺的應用程度不高，使得數字化礦山建設受到了嚴重的阻礙。首先，礦山企業的調度工作人員對數字化礦山平臺的應用不夠重視，在日常工作過程中不會密切的關注平臺所顯示的信息，而是由工程師站進行遠程監控，這就大大降低了工作效率，同時還不利于信息傳遞的有效性和完整性。其次，工程師站工作量較大，所有單個工作環節的遠程監控都是由工程師站來完成的，但在管理的過程中往往沒有嚴格按照相關規定控制相關流程，工作流程沒有達到最優化，從而導致生產效率低下。最后，沒有充分發揮大數據在礦山生產過程中的重要作用，大部分礦山企業在應用數字化礦山平臺的過程中沒有深入挖掘相關數據，而簡單的數據分析則不利于精細化采礦技術的廣泛應用。此外，對地質災害和相關風險預測等方面的工作研究還不到位，缺少報警聯動的設置，從而使得礦山工作面對自然災害的防御能力不高，同時還缺少節能降耗相關工作的研究和深入，與國家可持續發展總戰略相悖，不利于礦山事業的可持續發展。

2 數字化礦山建設中存在的問題

2.1 對數字化礦山平臺重視程度不高

現階段我國部分礦山企業的管理人員和領導還沒有意識到數字化礦山平臺對于礦山建設的重要意義，即使裝備了平臺也無法將平臺應用到實際工作當中，而部分礦山企業雖然意識到了該平臺的重要性，但沒有對相關業務應用范圍和工作人員的職責進行明確的劃分。與此同時，由于該系統所涉及到的業務范圍比較廣泛，龐大的數據系統導致數字化礦山平臺無法真正的應用到礦山生產工作當中，使得工作人員仍然采用傳統的工作模式，使用原有單機監控平臺對采礦工作和生產環節進行管理。

2.2 傳感器智能化程度不高

采礦工作一般在井下開展，主要通過傳感器實現與地面的溝通，但目前我國部分礦山企業還不具備智能化的傳感器設備，傳感器性能不高導致井下作業的抗干擾功能較差，出現信息傳遞錯誤等問題。同時，遠程控制系統的應用程度不高也是現階段礦山建設中存在的主要問題，遠程控制系統通常運用于日常實驗當中，而受保護裝置不完善等因素的影響導致監控系統不能廣泛的應用到井下工作當中，為保證工作環境的安全仍然需要人工值守，降低了工作效率。

2.3 精細化管理不夠深入

礦山建設中精細化管理主要體現在數據的處理等方面，但大多數礦山企業都注重相關數據的集成與展示，并沒有實現數據的深度應用，也沒有將這些數據應用于精細化管理工作當中，在采礦工作中缺乏深入的研究，礦山管理業務比較狹窄，缺乏數字化技術的應用，阻礙了管理工作信息化和規范化的發展，同時也無法為礦山企業的管理者提供有效的決策支持，弱化了數字化礦山平臺的作用。此外，雖然在安全工作管理中實現了相關數據的集成管理，但仍然需要人工查找相關信息，相關數據過于分散導致浪費大量的人力和財力，對礦山企業的經濟效益產生了一定的負面影響。在礦山建設過程中需要完整的安全預警體系來保證作業的安全性，需要完整性和全面性的數據來支撐該體系的運作，但目前大多數礦山企業只配備了部分子系統的監測設備，多數數據還需要人工手動來錄入，不僅增加了相關工作人員工作量，影響了工作效率，受人為因素的影響還不能確保數據錄入的準確性，使得安全預警系統預測出現偏差，偏離了實際情況，而部分數據需要在井下采集，無法確保人本安全。

3 數字化礦山建設中精細化采礦技術研究

精細化采礦技術在數字化礦山建設中的應用一方面提高了礦石的回收率，有利于降低貧化率，提高礦山企業的經濟收益，符合國家可持續發展總戰略，促進我國礦山產業的可持續發展，另一方面促進了數字化礦山建設的發展，促進我國產業結構的轉型與升級，保證經濟的平穩增長，促進經濟健康發展，基于此筆者從以下幾個方面該精細化采礦技術的具體應用展開分析。

3.1 精細化技術的應用條件

精細化技術的應用條件主要為采礦設計模型，而支持該模型的技術則包括地質技術、采空區掃描實體技術與實測巷道技術，為采礦設計模型提供完整的數據，根據所提供的信息該模型可以展示任意井下平面圖，為決策者提供了科學的依據，有助于優化井下工程設計工作，同時還具備方便高效等優勢好。精細化采礦設計模型的應用大大提高了礦山產業的經濟指標，在一定程度上優化了礦山企業的采礦技術指標，降低了工程成本和采切比，減少了資金的大量投入，提升利潤空間和資源利用率。除了上述技術的支持還需要相應的硬件設備來完整軟件系統的指令，對此礦山企業要引入先進的采礦設備，例如澳瑞凱高精度導爆管、空區掃描儀和反井鉆機等等，為精細化采礦提供現代化設備，提高采礦效率和井下作業的安全性。

3.2 精細化采礦的實施

目前精細化采礦應用較為廣泛的采礦方式為充填法采礦技術，該采礦方式的采礦過程主要分為2個步驟：①開采礦房，開采礦房之前要綜合分析地質條件、自然災害發生情況、氣候條件、資源量等內容，并借助實測巷道建模技術來作為采礦方案設計的主要依據，構建實體模型，在采礦模型構建的過程中要注意礦體的邊界線與輪廓線，準確的把握礦體的開采位置和炮孔開口位置，而炮孔的傾斜角度要與礦體邊緣線的傾斜角度保持一致，此外還要保證炮孔的可行性是否符合采礦的相關要求，優化采礦設計方案，并嚴格按照設計要求來施工，確保一致性；②礦柱開采，為精準的確定采礦的邊界線，需要從鄰近的礦房位置出發，采用實體掃描技術對即將開采的礦房和鄰近的礦房具體位置進行建模，收集各項位置信息并進行集合處理，精準確定采礦范圍，從而減少了充填體的填入，減少采礦過程中所產生的損失。為提高開采工作的準確性和效率，需要充分利用空區掃描儀等現代化設備的作用，降低采礦過程中的損失和設計過程中的貧化率。

3.3 精細化爆破技術

爆破是采礦的關鍵環節之一，因此爆破質量的高低影響到采礦功能能否順利開展，在爆破工作過程中影響爆破質量的主要因素為炮孔成孔質量的高低，對采場的貧化率和損失率會產生直接的影響。基于此，礦山企業在采礦過程中要注重炮孔的成孔質量，借助炮孔測斜儀對炮孔的角度進行測量和確定，確保炮孔的傾斜度與礦體的傾斜度保持一致，同時還要加強對成孔質量檢驗的管理工作，對每個大孔和中深孔開展樣本檢驗，實事求是，記錄每個成孔的質量評分，如果成孔質量不達標則應該按照相關標準重新大孔，或者根據裝藥的具體設計進行相應的調整，確保炮孔質量。精細化管理技術中應用的爆破技術為逐孔起爆技術，爆破儀器采用的是澳瑞凱高精度導爆管，這種爆破技術彌補了傳統爆破技術存在的局限性，有助于降低爆破所帶來的振動強度，避免由于過度振動而導致礦體受損，同時還大大減少了單響爆破量，減少了對周圍圍巖強度的影響，降低了坍塌等不良事件的發生概率。

切割槽也是采礦爆破工作的重要環節，也是爆破準備工作的最后一個準備環節，會直接關系到爆破工作的質量、采礦經濟收益和技術指標，在傳統礦房爆破作業中通常采用人工鑿井的爆破方式，該方式不僅工作效率低下，還會影響基層工人的生命安全，隨著切割槽技術的發展，無切割槽爆破技術已經不適用數字化礦山建設的發展，而切割槽爆破技術的應用則大大提高了成井質量，確保礦體爆破工作的安全高效運行。

3.4 精細化回收殘礦管理技術

殘礦的管理是降低礦山企業損失率和提高經濟收益和社會效益的重要工作內容，但殘礦的回收對巷道施工的影響較大，如果殘礦的處理工作比較完善的話則會對巷道施工產生積極影響，有助于降低施工的難度，提高施工安全系數，同時還能減少安全管理工作的資金投入力度，節約安全管理成本，促進了礦山建設的健康發展。礦體爆破之后會產生大量的殘礦，而工作人員又無法進入到采空區對殘礦進行處理，因此可以采用現代化設備來代替人工，這樣既保證了工作人員的安全又提高了殘礦回收的工作效率，現階段我國礦山建設殘礦回收設備應用較為廣泛的為遙控鏟運機，對此礦山企業可以加大對相關工作的資金投入力度，為購進先進的現代化設備提供資金支持。

3.5 優化礦山建設管理模式，建立專業級控制中心

由于我國部分礦山企業相關管理人員和領導對數字化平臺對礦山建設發展的重要性認識不足，因此相關部門要加強數字化平臺重要意義的宣傳力度，提高礦山企業領導的重視程度，在礦山建設工程中積極應用數字化平臺并對應用范圍和業務類型進行劃分，明確各個部門工作人員的職責，實施責任到人制度。此外還要加強對信息的管理，做好各項數據的分類工作，構建信息共享平臺并根據不同部門對信息的需求進行相應的推送，還應該信息的類別建立檢索系統，為工作人員查找信息提供了便利條件。最后，為促進礦山建設的數字化發展還要建立專業級控制中心，構建自動化系統，實現遠程控制操作，為進一步提高采礦工作效率，應該改變傳統的控制管理模式，將單機控制系統改變為系統性遠程操控系統，并根據不同的作業類型建立相應的遠程控制中心，例如通風工作流程遠程控制中心、供電工作流程遠程控制中心等，優化業務流程，從而提高每個部門的工作效率。

3.6 大數據的應用

大數據的應用也是精細化管理技術的重要內容，因此相關部門要根據礦山建設的具體內容建立數據中心，充分發揮大數據在礦山建設中的重要作用，對大數據進行更深層次的研究，從而達到節約生產成本和降低能源損耗的目的。對此礦山企業相關工作人員要詳細的記錄礦山的實際生產情況、各個生產環節所需的成本、生產故障等內容，對生產資源進行完整的把控，完善各項材料的消耗數并對這些數據進行綜合分析和處理，最大限度的降低采礦作業過程中和礦山生產過程中所產生的能源損耗，降低各個生產環節中的生產成本，提高礦山建設的經濟收益，促進礦山建設的可持續發展。

4 結 語

綜上所述，精細化采礦技術對數字化礦山建設的發展起到了積極的促進作用，為進一步促進我國數字化礦山建設的進步，需要立足于我國數字化礦山建設中存在的問題和發展現狀，堅持可持續發展的基本原則，深入貫徹落實精細化采礦技術的應用，優化礦山建設管理模式，建立專業級控制中心，深入精細化回收殘礦管理技術和精細化爆破技術，做好精細化采礦技術的準備工作，優化實施方案，促進我國礦山事業的進步與發展。