王 梅 姚金蕊

(贵州开磷集团矿业总公司)

·经济·管理·

开磷集团现代化矿山建设的发展与思考

王 梅 姚金蕊

(贵州开磷集团矿业总公司)

快速发展的计算机技术提高了矿山的机械化、自动化和数字化水平，促进了矿山的现代化建设，信息化和数字化技术由此成为矿业领域内的重要研究内容。阐述了开磷集团采矿和管理等方面的信息化建设、实施进程及发展，主要包括井下无人计量系统、破碎机远程控制系统、六大系统、智能采矿设备、管控一体化和矿山数字软件等。结果表明，信息化矿山不仅安全性高，而且高产高效，工作环境友好，矿石损失贫化低，符合可持续发展的思想。同时，对下一步构建现代化矿山提出了建设性的意见，最终实现无人智能化采矿，信息化矿山是基础。

现代化 自动化 数字化 信息化 六大系统 智能采矿

贵州开磷集团是集科研、采矿、化工、经贸、建筑安装于一体的国有大型化工骨干企业，是国家重点建设的全国三大磷矿石生产基地之一。矿区探明储量10.89亿t，P2O5平均含量为33.67%，矿石有害杂质少，重金属元素镉含量低，是目前我国唯一不经选矿即可进行湿法磷酸加工的优质原料。公司下辖马路坪、青菜冲和用沙坝3个矿山，总产能达500万t/a。半个多世纪以来，公司坚持以现代信息技术改进传统采矿工艺，着力推进信息化与工业化的融合，积极推进矿山数字化、装备现代化、管理信息化的现代化矿山建设。以最先进网络信息技术手段，集成掘、采、机、运、通、装、卸等各个子系统，实现各类信息的统一管理和互换，形成了具有图形、数据、语音、图像等综合调度信息平台，实现了技术装备智能化、生产过程可视化、信息传输网络化，为矿山安全高效生产提供了有力的保障。

1 井下无人计量系统

目前公司各个矿山生产中段多，不同中段又布置有很多溜井，大量放矿点需要人工值守，如马路坪矿700 m中段就有18个放矿点，每个放矿点需配置一人在岗登记车辆信息和估算运输矿石重量。此外，井上还需配置专人对票据进行统计、分析及处理，工作效率极其低下，且由于单据过多，易造成人工统计失误。因此，为加强企业内部管理、提高工作效率、降低人力成本、提高计量精度(实现产量有据可依)、实时掌握矿产资源产量等状况，公司在马路坪矿井下建立一套无人计量系统，对每个放矿点的产量进行自动化管理，称重数据、图像信息实时传输到地面监控中心，实现信息监控，提高了人均工效。

系统采用重庆大唐公司DT3101(1000)网络智能称重终端，集称重、视频、通讯、计算机于一体，减少了以往设备多、问题多、布线杂乱的问题，降低了设备故障率，提高了使用可靠性。此外，该系统与破碎机环网系统融合在一起，共用一根通信线缆，减少了投资。计量系统流程和系统监测界面见图1和图2。

图1 无人计量系统流程

图2 无人计量系统远程控制界面

2 破碎机远程操控系统

采场爆破产生的大块在卸入溜井前需要破碎，以往在各分层的主溜井口安装一个固定式液压破碎机破碎卡在格筛和溜井口处的大块，由于现场粉尘多、油烟浓度大、通风条件差，工人工作环境极其恶劣。为此，公司通过对以前液压破碎机的液压系统及电气系统进行改造，研制了破碎机远程操控系统，达到了节省人力资源、改善工作环境、提高作业效率及操作安全性的目的。

在井下每个溜井安装2个摄像头，通过光缆与操作室内视频系统连接，操作人员在控制室通过视频监视到放料口堵塞后，启动破碎机，推动2个电控比例手柄，产生相应的信号输送到控制器。控制器将信号转换为相应的电流驱动设备上的电液比例阀，从而实现动作的无级调速，并且可以通过编程调节比例阀最大、最小输出电流，上升、下降坡度及动作联锁等。报警信号及工作状态采用彩色图文可编程监控器来显示，在格筛溜井口附近配备简易操作台，以便在现场对破碎机进行操作。系统地面控制台见图3。

3 六大系统

参照国家煤矿企业六大系统建设标准，并结合化学硬岩矿山的特点，矿山对六大系统中通信联络系统、监测监控系统、人员定位系统进行了高标准重点建设，供水施救系统、压风自救系统和紧急避险系统则利用已有工程进行管线安装、设施布置[7]，符合国家验收标准。系统建设与生产紧密结合，各个系统将随着矿井采深的增加而及时延伸，确保系统功能及时、准确地覆盖矿山生产各个中段、盘区。马路坪矿是最先进行六大系统建设的矿区，已由700 m 中段延深到了640 m中段，其他2个矿区也正在进行系统延深建设。

图3 破碎机远程操控系统地面操作台

运动员每周进行文化课学习的学时情况。根据江苏省体育局等部门在《关于进一步加强运动员文化教育和运动员保障工作的实施意见》中的规定：“业余运动员每周学习时间不少于24学时，优秀运动队运动员每周学习时间不少于12学时”[4]，武进少体校运动员均能达到这一标准。不过，对照《江苏省义务教育课程设置实验方案（2017年修订）》的规定：“小学一二年级周课时为26节，三至六年级周课时为30节，初中各年级周课时为34节”[5]，武进少体校只有12.2%初中运动员能完成34周课时，与同处义务教育阶段的普通学生学习时间相比差距较大。

3.1 通信联络系统

目前我国井下通讯基本全靠电缆传输，由于井下环境的制约，电缆常被撞断，维护不便。对此公司联合贵州锐志科技发展有限公司率先在国内开展井下无线电通讯研究，开发出了WIFI无线通信平台。在井下可以直接用手机进行联络，为井下定位、移动监控、数据采集、自动控制、井下调度等数据的传输提供了平台，不仅可以进行双向通信，还可以进行多向通信，目前马路坪矿WIFI无线通信系统已构建完毕，效果良好。图4和图5分别为矿井通信网络拓扑图和公司构建的控制环网。

图4 矿井通信网络拓扑图

图5 公司控制环网

3.2 监测监控系统

公司多年前就对现代化矿山建设提出了建设标准，结合六大系统的要求，经过了一系列的建设与改造，井下监控系统已基本完善，马路坪矿、青菜冲矿、用沙坝矿井下主溜井、炸药库、水泵房、主胶带、各放矿口等关键部位都实现了远程监控在控制中心能直观实时地掌握现场情况，并能对井下固定设备进行远程控制操作。

监控系统主要由监控主控室设备、网络传输设备和监控前端设备组成，主控室设备主要为控制室人员提供直观显示，掌握现场运行及安全状况；网络传输设备主要用于各个矿井下与光纤环网的连接传输信号；监控前端设备主要对现场的环境进行实时监控。监测系统主要对井下的有毒有害气体、风压、风量、地压等进行监测，公司对关键位置进行了监测，比如在充填站对硫化氢、氟化氢进行了监测，对风机的风压、风量、风速等进行了监测，对运输皮带出入口的安全情况进行实时监视，对水泵的电机温度、电流、水位、压力和空压机的温度及压力等参数进行监测等。此外，系统中的NS900自动化供电监控系统可以实现实时监控画面、信息采集画面、遥测数据曲线、有语音系统与之配合的保护动作时间显示，故障录波，保护信息管理。由于当前的科学技术及现场环境等相关因素，还有一些相关数据的监测需进行完善，下一步将对地压、涌水量等监测。综合监测系统见图6。

3.3 人员定位系统

开磷集团3个矿分布较远，由于采用的是多中段分区开采，井下作业战线长，点多面广。结合矿井生产条件，按照盘区布置和人员组织形式，分矿区、片区运用无线通信技术。马路坪矿与用沙坝矿采用基于感应强度基理的RFID射频自动识别技术，青菜冲矿则采用基于信号强度基理的ZigBee无线通信技术，并利用统一的信息平台进行数据处理和交换，最终实现了人员定位系统所要求达到的出入井考勤管理功能，区域超员报警、职工进入禁入区报警、工作超时及欠时报警等安全管理功能，用户权限分配、实时数据传输等系统管理功能，显示、打印、查询等软件功能。目前公司和长沙托力科技有限公司在马路坪矿开展WIFI无线定位系统建设和试运行工作[8]，收效良好，将在全公司范围内进行推广。

图6 综合监测系统

3.4 其他系统

根据《金属非金属地下矿山“六大系统”建设规范》，矿山还应建有相应的紧急避险系统、供水施救系统和压风自救系统。公司在每个中段都设置一个避灾硐室兼作救生舱，配备了相应的救生、救援设施，以保证突发事故时人员能及时、安全地躲避和保护。压风自救系统则在已有的供风系统基础上按照采掘作业点的分布进行线路改造完善，并增加了报警控制功能，满足在灾变期间能够提供压风供气的要求。供水施救系统也是在现有生产和消防供水系统的基础上，增加必要的供水管线与设施，连通地面清洁饮水水源，生产供水与施救供水可及时转换，实现了系统功能。

4 智能采矿设备

无人采矿技术是以无轨采矿设备的自动化和遥控化为基础，最终体现在采矿设备智能化。目前，开磷集团已基本具备开展无人采矿的基础，井下采矿设备主要有智能凿岩台车、铲运机、胶带输送机、连续掘进机等，通过高速数字通信网络，利用计算机技术对采矿设备进行远程控制实施作业。当前我国的地下智能采矿设备基本处于研究阶段，设备的自动化、智能化及信息化系统与采矿业发达国家的差距很大，现有的无人采矿设备主要依赖进口。

现在矿山大多仍采用钻爆法落矿，智能化的凿岩台车将会逐渐取代现在的凿岩设备，它除了有着凿岩工效高、成本低、安全性高等优点外，由于凿出炮孔精确度很高，其爆破效果也随之提高，智能凿岩台车在矿山应用会越来越广泛，其实质是利用传感器确定钻凿位置，以一定的顺序打眼，钻孔过程用微机远程控制，凿岩台车根据岩石硬度实时调整钻头的转速、力的大小以及钻孔的形状，随后用智能装药车进行装药和爆破作业，智能铲运机或胶带输送机进行装运工作。智能凿岩台车、连续掘进机以及铲运机受远程程序控制，地面操作室通过计算机技术给这些采矿设备调度和作业等命令，实现各采矿工序的有效配合。目前，许多高校和科研机构在开展连续开采工艺的研究，连续开采工艺在未来的地下矿山中将会占主导地位，这一工艺在开磷集团已经成为现实，连续掘进机是这一工艺的主打设备，高产低耗，效率、效益相当显著。把这一工艺与计算机信息等技术融合起来，便能实现采场的无人连续开采，国外矿山以及国内煤矿已经实现了这一目标[9]。智能连续掘进机在井下的掘进行走路线是由地测数据生成的运动轨线及航天导航定位仪实时监测智能掘进机在惯性空间的绝对位置坐标确定的。通过实时控制掘进机位置，实现掘进机的自动寻迹功能。现场智能凿岩台车和连续掘进机见图7。连续掘进机控制程序流程见图8。

5 管控一体化平台

开磷集团是国内第一家实现磷石膏充填采矿法的大型磷矿山企业。采掘、充填、运输、计量、财务管理等各个环节涉及面广，数据复杂。若没有一个基于现代计算机和网络技术的集成管控平台，则会造成数据处理困难、丢失，从而引起各工艺控制环节逻辑混乱，阻碍正常生产，更无法实现规模化提产。

图7 现场智能凿岩台车和连续掘进机

图8 连续掘进机控制程序流程

鉴于此，开磷集团于2011年与北京金蝶公司合作，共同开发了管控一体化平台，集生产管理、财务管理、分析决策为一体，构建生产现场、业务系统、资源管理、决策分析4层架构，建立16个业务子系统，实现100多个功能点。目前在马路坪矿试运行的管控一体化系统有五大板块，分别为设备管理版块、基础数据管理版块、系统平台版块、生产管理和经营管理版块。系统界面见图9。

图9 公司管控一体化平台

6 矿业数字软件

数字矿山建设是当前我国矿业界研究的热点问题，早在2008年国家科技部就将数字矿山建设作为863项目进行研究。目前我国数字矿山建设发展迅速，取得了丰硕的成果。数字矿山建设的好坏和数字矿业软件是分不开的。在矿业领域内广泛应用的可视化软件有Surpac、Minesight、Dimine、3Dmine、Datamine等，主要用于矿山地质储量计算、测量、开采设计及进度计划编制等工作，开磷集团目前主要运用Minesight和Dimine进行采矿设计等工作[10]。

开磷集团是国内首家引进美国Mintec公司开发研制的Minesight矿山软件进行矿山建模与规划的矿山企业。基于该软件在世界范围内的优越性，开磷矿山的地质、测量、采矿设计及生产进度计划安排等均实现了三维动态模拟, 巷道、矿体、岩体等的三维模型确保了矿山采矿设计的精确与合理。在矿山的生产过程中，随着地质认识的深入及工程的揭露，将产生大量的生产数据，在Minesight软件中能根据生产施工中采集的各种数据及时准确地对开采区域进行模型更新和增加新增生产数据部分的模型，提高开采区域模型的精度。模型将随各种生产信息的增加而更加精确，更加接近实际。此外，该软件的数据库功能除了可以对软件本身的数据进行统计分析外，还可以通过 ODBC访问其他数据库，对其所包含数据进行统计分析，为生产的长短期规划提供了准确的数据基础，帮助矿山制定出最为可靠与切实可行的矿山采掘计划与发展规划。

Dimine软件是由长沙迪迈公司于2008年开发，目前已升级到第二代，主要用于地质中的地质数据库管理、剖面地质解释与三维地质建模、储量计算和动态管理，在地下采矿中的功能有井巷设计、单体设计、回采爆破设计和生产进度计划编制等，在露天开采中进行境界优化、采场设计、采剥顺序优化和采剥计划编制等，同样在矿山测量方面功能也很强大，全面实现了矿业工作的可视化、数字化和智能化。三维地质模型见图10。

图10 三维地质模型

7 结 语

(1)数字化、智能化矿山建设是一项复杂的系统工程，随着计算机与网络技术的发展，数字矿山的创建技术必将注入新的元素。当前，因网络技术的飞速发展，数据处理已步入“云计算”的大数据时代。大数据的概念已渗透到采矿业，大数据时代要求矿业的发展必须以完备齐全的、更高层次的信息化、智能化数字矿山水平与之相匹配，对时代脉搏的准确把握决定了矿山企业的发展前景和市场地位。矿山要绿色规模化开采，迅速发展高水平的数字化矿山是必然的趋势。

(2)数字矿山在国内的发展参差不齐，系统的创建模式、方法较为繁杂，“信息孤岛”现象还较为突出，这已成为数字化发展中的瓶颈。如何实现统一平台下的子系统信息互通交换，还需进行更多研究和实践工作。

(3)“采选自动化、采选无人化”是历代矿山人共同追求的梦想。数字化世界的到来为梦想的实现提供了可能。信息化、数字化、智能化矿山建设是实现矿山产业升级的战略性步骤，代表着当今矿山工业发展的方向。贵州开磷矿业总公司紧握时代脉搏，始终把“建设集约高效、绿色环保、本质安全型智能化矿山”作为建矿理念，努力打造出以数字化为基础、信息化为平台、自动化为手段的管控一体智能化矿山，将继续为国家智能化矿山的建设做出新的贡献。

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Development and Consideration of the Modern Mine Construction of Kailin Group

Wang Mei Yao Jinrui

(Mining Company, Guizhou Kailin Group Co., Ltd.)

The mechanization, automation and digitization level of mine are improved, and the modernization of the mine construction is promoted by the computer technology with rapid development, so, the information and digital technology are becoming the important contents of the mineral industry. The informatization construction, implementation process and development of the mining and management aspects of Kailin group, which includes that unmanned metering system underground, crusher remote control system, six security systems, intelligent mining equipment, integration of management and control and mine digital software. The results show that the informatization mine is not only with the characteristics of high safety, but also with the characteristics of high production and efficiency, good working environment, low ore loss and dilution rate, therefore, it is accordance with the thoughts of mine sustainable development. Besides that, the suggestions of constructing modern mine are given so as to realize the goal of unmanned intelligent mining and informatization mine.

Modernization, Automation, Digitization, Informatization, Six security systems, Intelligent mining

2015-03-09)

王 梅(1974—)，女，工程师，550302 贵州省贵阳市开阳县金中镇。