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數字化礦山夢想
作者:佚名 日期:2010年01月28日 來源:本站原創 瀏覽:

內容導讀:

 訪我國著名礦山工程設計專家中國工程院院于潤滄(轉載自騰訊科技)

 人物簡介
 于潤滄,中國工程院院士,我國著名礦山工程設計專家,中國有色工程設計研究總院教授級高級工程師,北京科技大學兼職教授、博士生導師。
核心提示
以遠程遙控和自動化采礦為特點的礦山數字化,將成為未來采礦業的大勢所趨。國際上的一些礦業強國,已經在這個領域進行了成功的嘗試。
在中國,一些現代化程度較高的礦山已經向這個領域邁出了第一步,目前尚處于初級階段。未來數字化礦山夢想的實現,在提高采礦效率、保護環境之外,或許能夠改變中國采礦業礦難頻仍的局面。

 主持人:有人經常談起來數字化礦山,請您介紹一下什么是數字化礦山?

 于潤滄:數字化礦山現在是一個熱門話題,我們國家科技部的中長期科學發展規劃里邊也有這樣的內容,但是到目前為止,關于數字化礦山還沒有一個準確的大家公認的定義。所以我只能是綜合國外礦山他們搞信息化建設的各種戰略設想,還有一些學者對數字化礦山的理解,綜合起來做一個大概的介紹,數字化礦山可以理解為從初級到高級三個層次的東西。

 主持人:哪三個層次?

 于潤滄:第一個層次是礦山數字化信息系統或者叫做礦山數字化信息管理系統。

 主持人:這等于是初級?

 于潤滄:這是初級階段。第二個階段就是虛擬礦山,虛擬礦山的意思就是說,把真實礦山的整體以及和它相關的現象都繼承起來,以數字化體現出來,這樣就可以了解整個礦山現在動態的運作和發展情況,這叫虛擬礦山。第三個階段就是遠程遙控和自動化采礦的階段。

  主持人:這怎么理解?

 于潤滄:這個是什么意思呢?就是說我坐在辦公室里邊就可以操縱很遠的地方,比方說幾十公里以外的井下設備的運轉,等于說做到了采礦辦公室化,這是比較形象的說法。

數字化礦山大概有這三個層次。這三個層次總體來講,就是礦山地面和井下的人類從事礦產資源開采的各種動、靜態的信息都能夠數字化,而且用計算機網絡來管理,同時利用空間技術、自動定位和導航技術實現遠程遙控和自動化采礦。

 主持人:您指的是像衛星定位系統?

 于潤滄:是自動定位,它一般來講是在設備上裝了自動定位系統,只要你把井下通訊系統建立起來,它就可以通過空間技術、衛星轉下來,再通過井下通信系統下去操作設備,就是這樣一個總體體系,這個可以理解為數字化礦山。剛才講到礦山數字化信息系統,這里邊包括了很多很多的子系統。

 主持人:您能大概介紹一下嗎?

 于潤滄:比如說像礦山地面,地面有各種地形地貌,另外底下有礦床,包括地表和礦床模型的三維可視化系統。另外一個系統是礦山都是有巖石的,說白了就是石頭,它有硬有軟,我們講礦巖的特性叫工程地質、水文地質,因為地下有水,水的賦存狀態,還有巖石力學,就是測定巖體的各種物理、力學參數的,這些方面的數據采集、處理、傳輸、儲存、顯示系統。

 主持人:都在這個信息管理系統里面?

 于潤滄:集成起來以后,另外還要加上,因為我在礦山里邊又打了很多的巷道,這些巷道的布置跟它都集成在一起,這也是一個子系統,等于把礦山的全貌都反映出來。另外設備運轉狀態的信息系統也包括在這個數字化信息系統里面,還包括環境變化和安全監測這樣的系統。

礦山的規劃、開采方案決策的優化系統、經營管理和經濟活動分析系統等等,所有這些內容都是它的子系統,可以通過礦山數字化信息系統反映出來。但是并不是說每一個礦山全都包羅這些內容,這是說礦山數字化信息系統所包括的內容有這么多,從具體礦山來講,可能只有其中的某些部分。所謂虛擬礦山就是在這個基礎上建立起來的。
在這個基礎上再加上動態反映,通過多媒體、模擬、仿真、虛擬等技術把動態反映出來,就是一個真實礦山,我可以通過這樣一個電腦,我可以看到整個真實礦山。

在上面這些基礎上,再加上設備本身的自動化、智能化、井下的通訊系統等等,人們就可以做到在辦公室里來操作井下的設備。

可以讓人脫離危險的工作環境

 主持人:世界上哪些國家有了這種可以完全自動化遙控操作的數字化礦山?

 于潤滄:我先說說數字化礦山帶來什么好處。一是它可以提高勞動生產率,根據發達國家示范采區的資料介紹,勞動生產率大概最少可以提高90%,這是跟過去比較先進的水平相比;二是可以降低成本;三是可以真正實現安全生產。為什么呢?因為深部開采有什么問題呢?一個是地熱,溫度很高,有的礦井是30、40度,有的甚至達到50多度。

 主持人:不適合人在里面工作。

 于潤滄:人在里面,你想想看,在40、50度的環境里邊工作會是什么感受?南非最深的礦井開采深度達到了3700米。

我曾經到南非一個3000米深的金礦礦井里參觀考察過,盡管它有非常龐大的地面制冷站,隨時向井里輸送冷氣,但是進去以后還是是渾身淌汗,這是一個地熱的問題。另外還有巖爆,因為井越深地應力越大,發生巖爆的可能性越大,對里面工作的人的安全造成的威脅也越大。如果能夠實現遠程遙控和自動化采礦的話,工人就可以不要在這種環境里工作,真正解決了安全問題。

但是應該說,數字化礦山它是礦業發展的一個目標,而不是一個具體的工程。

礦業大國的數字化實踐

 主持人:回到剛才的問題,這種可以讓工人完全避開危險、高溫的礦山,現在有嗎?

 于潤滄:從礦業發達的國家來講,大概基本上都建立了示范采區。

 郭桐興:什么樣的示范采區,跟你前面描述的一樣嗎?
 于潤滄:就是整個礦山還沒有做到全部都這樣,只是在整個礦山里劃出一小塊,做到了遠程遙控和自動化采礦。

據我了解,加拿大、智利、澳大利亞、瑞典、芬蘭、南非這些國家基本上都有自己的示范采區。

我到智利去看過他們一個示范采區,這是世界上最大的地下開采的銅礦,它一天能夠生產礦石135000噸,我們現在國內大概最大的礦山也就是萬吧噸。

這個礦山現在有兩個示范采區實現了遠程遙控和自動化采礦。一個采區一天出礦1萬噸礦石,一個采區出28000噸。

我們去看的是一天出礦1萬噸的采區,它采用的是底下掏空的方法。這個采區有15條出礦巷道,一共有188個放礦點,有三臺到四臺鏟運機。工人在10公里以外的地面控制室遙控鏟運機的運行,鏟運機裝好礦后會自己跑到礦溜井那兒卸下礦石,然后自動回到它應該去的地方。礦被卸到溜井以后,合格塊度的就溜下去了,留在格篩上的不合格大塊,由控制室里遠程遙控的一個液壓碎石機將其破碎。采區里沒有工人,控制室里邊有六個人。

 主持人:六個人操作一天就可以生產出1萬噸銅礦?他們一年生產的礦會不會比中國一年的產量還多?


 于潤滄:咱們一年生產873000噸銅礦,他們一天是一萬噸礦石,一年是300多萬噸礦石。當然,這個采區的工序很簡單,僅僅是一個出礦的工序,而沒有打眼、爆破等其他工序。

 主持人:前期還是按照原來的那個程序去做的。

 于潤滄:對,前面講的底下掏空,我們叫“拉底”,還是要用鑿巖爆破的方法。從鑿巖來講,現在也可以實現自動化。從地面遙控的自動化鑿巖(包括掘進工作面鑿巖和深孔采礦鑿巖)已經實現,并且在試驗礦山生產中得到應用,可以連續自動完成掘進工作,鑿巖精度得到提高,工時利用顯著增加,操作人員大幅減少。

爆破方面的研究也不少,但是現在看來,自動化爆破還不是那么太過關。世界上最有名的炸藥生產企業也在參與研究,大概還需要一定的時間。
數字化礦山多種問題待解

 于潤滄:總體來講,遠程遙控和自動化采礦現在還處在嬰幼期,因為現在只是一個局部的,而不是整個礦山。另外,剛才講了,可能有些環節,像爆破有些技術問題還需要繼續攻關,再有就是有些生產工序,比如說設備的維修還需要人工下井,設備大范圍的移動還需要人工下去,不是完全能夠解決的。

有專家這樣預測,說再過25年到30年,會出現整個礦山實現遠程遙控和自動化采礦。

 主持人:達到剛才您描述的最高層次?

 于潤滄:對。再過25到30年,有專家預測可能出現整個礦山達到這樣一個狀態,這大概就是數字化礦山的情況。

中國還在做初級階段的工作

 主持人:中國在數字化礦山研究和實踐的情況怎么樣?

 于潤滄:我國現在已經有一些比較現代化的礦山在做初級階段的工作,現在已經在做,有些科研單位也在研究第二階段的虛擬礦山的工作。

開始我講了數字化礦山是一個熱門話題,現在根據我接觸,有不少礦山的領導都希望很快來做這個事,因為目前金屬價格比較好,企業的利潤也比較高,有能力來辦一點這種事情。目前來看,也許還是錦上添花,但是如果真正沿著這個方向走下去的話,必然會有很大的好處。

從我們國家的情況來看,第三個層次的工作基本上現在我們還沒有開始,但是也有企業希望做這個工作,比如說我去年到了云南的一個鉛鋅礦,他們公司的老總跟我們講,希望我們這兒也能劃分出一個采區來搞一搞遠程遙控和自動化采礦。

 主持人:作為普通的老百姓來講,我們很希望盡快實現礦山數字化,那樣的話,礦難就不會這樣多。

 于潤滄:現在我們有一些礦山已經在做第一個層次的工作,從我們國家來講,從什么地方切入,從什么地方入手來發展更好?從建立安全監控系統,開采方案決策優化系統以及生產調度系統,先從這個地方入手向數字化礦山方向發展,比較現實的,也是能夠很快收到實效的。

中國礦產資源相對豐富、品種比較齊全,從礦產資源、生產、消費三個方面看,中國都是靠前的,但中國不是一個礦業強國。

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