地下金屬礦山智能化技術(shù)進(jìn)展

李國清 王 浩 侯 杰 胡乃聯(lián)

（1.北京科技大學(xué)土木與資源工程學(xué)院，北京 100083；2.北京科技大學(xué)金屬礦山高效開采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083）

長久以來，礦山被視為高消耗、高投資、高危險(xiǎn)、高污染、勞動(dòng)密集的生產(chǎn)型企業(yè)，通過技術(shù)進(jìn)步和裝備水平提升來改善礦山的勞動(dòng)條件始終是礦業(yè)界關(guān)注的重點(diǎn)和追求的目標(biāo)。現(xiàn)代高新技術(shù)一直在引領(lǐng)和推動(dòng)著礦業(yè)發(fā)展，高效率采礦技術(shù)、大型無軌設(shè)備、現(xiàn)代信息技術(shù)、礦業(yè)系統(tǒng)仿真與優(yōu)化等技術(shù)的進(jìn)步及廣泛應(yīng)用，使礦山的生產(chǎn)條件顯著提升。進(jìn)入21世紀(jì)后，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、自動(dòng)定位與導(dǎo)航、虛擬現(xiàn)實(shí)等高新技術(shù)逐步在礦山集成應(yīng)用，使礦山的生產(chǎn)方式發(fā)生了根本性的變革，從傳統(tǒng)的手工作業(yè)、機(jī)械化作業(yè)，逐步發(fā)展到了自動(dòng)化、數(shù)字化和智能化階段［1-3］。

智能采礦已被普遍認(rèn)為是未來礦山的生產(chǎn)方式，智能化技術(shù)和手段在礦山中的應(yīng)用可以極大提高礦山生產(chǎn)效率、保障礦山安全生產(chǎn)、減少生命和財(cái)產(chǎn)損失，因而智能化是礦山技術(shù)變革、技術(shù)創(chuàng)新的一種必然。經(jīng)過不斷的研究與探索，礦業(yè)發(fā)達(dá)國家在智能采礦領(lǐng)域已經(jīng)取得了豐碩成果，并得到了廣泛應(yīng)用。近年來，我國對(duì)智能礦山技術(shù)的研究與應(yīng)用也非常重視，從礦業(yè)的安全、高效、經(jīng)濟(jì)、綠色與可持續(xù)發(fā)展等目標(biāo)出發(fā)，倡導(dǎo)礦山積極開展智能化建設(shè)，并在技術(shù)、政策、資金等方面給予了全方位的引導(dǎo)和支持。

地下金屬礦山由于生產(chǎn)條件多變、作業(yè)地點(diǎn)分散、生產(chǎn)組織復(fù)雜等諸多特征，智能化建設(shè)進(jìn)程相較于煤礦和露天金屬礦山有所滯后，在建設(shè)內(nèi)容和側(cè)重點(diǎn)上也有所區(qū)別。為了科學(xué)認(rèn)識(shí)地下金屬礦山在智能化建設(shè)上的基礎(chǔ)定位，正確理解建設(shè)內(nèi)涵，需要全面梳理總結(jié)國內(nèi)外智能礦山建設(shè)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，為我國地下金屬礦山的智能化建設(shè)提供引導(dǎo)，保證智能礦山建設(shè)的先進(jìn)性和有效性。

1 礦山智能化全球化戰(zhàn)略引導(dǎo)

總體來講，礦山的智能化進(jìn)程經(jīng)歷了礦山自動(dòng)化、數(shù)字礦山和智能礦山3個(gè)階段，而其基礎(chǔ)起源于西方的礦床數(shù)字化建模與自動(dòng)化采礦。在礦山智能化發(fā)展戰(zhàn)略上，國外礦山以設(shè)備制造商、大型礦業(yè)公司為主體進(jìn)行推進(jìn)。與之有所區(qū)別，我國智能礦山則是從國家戰(zhàn)略與發(fā)展規(guī)劃上進(jìn)行宏觀布局。

1.1 國外礦山智能化戰(zhàn)略

西方礦業(yè)發(fā)達(dá)國家最早開始應(yīng)用自動(dòng)化采礦技術(shù)可追溯到20世紀(jì)60年代，并隨著應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，自動(dòng)化技術(shù)、裝備與開采工藝不斷融合，形成了從自動(dòng)化到智能化的采礦技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)［4-7］。20世紀(jì)90年代，芬蘭、澳大利亞、瑞典、加拿大、美國等礦業(yè)發(fā)達(dá)國家，先后制定了一系列智能礦山發(fā)展計(jì)劃，大幅提升了礦山的自動(dòng)化與智能化水平，增強(qiáng)了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

1991年芬蘭提出1992—1997年的5 a智能礦山技術(shù)研究計(jì)劃，之后又提出了智能礦山實(shí)施研發(fā)計(jì)劃，涉及采礦實(shí)時(shí)過程控制、資源實(shí)時(shí)管理、高速通信網(wǎng)絡(luò)、新機(jī)械應(yīng)用和自動(dòng)化采礦與設(shè)備遙控等28個(gè)專題［8］。加拿大1993年完成論證并開始實(shí)施采礦自動(dòng)化項(xiàng)目5 a計(jì)劃，還制定了一項(xiàng)遠(yuǎn)景規(guī)劃，擬在2050年建成所有機(jī)械破碎和自動(dòng)采礦設(shè)備由衛(wèi)星操控的無人礦山［9］。1994年，澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)和工業(yè)研究組織（CSIRO）發(fā)起了采礦機(jī)器人研究項(xiàng)目，研制了露天礦山大型鏟斗的自動(dòng)控制與遙控系統(tǒng)，開發(fā)了地下金屬礦鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)［10-12］。1996年，加拿大Inco、芬蘭Tamrock和挪威Dyno炸藥集團(tuán)聯(lián)合發(fā)起了采礦自動(dòng)化計(jì)劃（Mining Automation Program，MAP），規(guī)劃了導(dǎo)航、遠(yuǎn)程遙控、相應(yīng)的控制軟件并在加拿大北部建立了實(shí)驗(yàn)礦山［13］。之后，瑞典也制定了面向礦山自動(dòng)化的“Grountecknik 2000”計(jì)劃。

以早期自動(dòng)化采礦成果為基礎(chǔ)，近年來國外礦業(yè)界持續(xù)推進(jìn)智能礦山技術(shù)的研究與應(yīng)用，無論是國家層面還是企業(yè)層面均提出了大量礦山智能化戰(zhàn)略布局。自2013年起，國際知名咨詢公司德勤（Deloitte）在其公布的年度礦業(yè)趨勢(shì)報(bào)告中先后強(qiáng)調(diào)了現(xiàn)代信息技術(shù)、遠(yuǎn)程采礦、數(shù)字化、數(shù)據(jù)分析和人工智能等技術(shù)的重要性［14-17］。在2018年《智能礦山——?jiǎng)?chuàng)造真正的價(jià)值》報(bào)告中將“智能礦山”視為礦山轉(zhuǎn)型的必然手段和未來發(fā)展的必然趨勢(shì)［18］。2020年度礦業(yè)十大趨勢(shì)報(bào)告結(jié)合典型案例，強(qiáng)調(diào)了“走向智能采礦之路”的重要性，認(rèn)為數(shù)字技術(shù)、人工智能以及分析解決方案將有望推動(dòng)礦業(yè)轉(zhuǎn)型，但同時(shí)也表明從啟動(dòng)智能化建設(shè)到創(chuàng)造預(yù)期價(jià)值仍有較長的路［19］。

近年來，瑞典持續(xù)開展了“瑞典礦業(yè)創(chuàng)新（Swedish Mining Innovation）”項(xiàng)目，旨在推動(dòng)礦業(yè)進(jìn)步與可持續(xù)發(fā)展。2017年，6家瑞典采礦技術(shù)公司與瑞典商業(yè)公司聯(lián)合成立了瑞典采礦自動(dòng)化集團(tuán)（Swedish Mining Automation Group，SMAG），在采礦行業(yè)開展合作并促進(jìn)創(chuàng)新［20］。2020年開展了全面推進(jìn)、試點(diǎn)示范、前瞻研究和戰(zhàn)略規(guī)劃四大類共計(jì)42個(gè)項(xiàng)目，涵蓋了地測(cè)采選冶的全流程和物聯(lián)網(wǎng)、無人機(jī)、大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)礦山智能化起到重要的引導(dǎo)作用［21］。

2019年，歐盟（EU）發(fā)起了一項(xiàng)為期4 a的“Robominers”項(xiàng)目，該項(xiàng)目的目標(biāo)為開發(fā)一種能夠用于地下開采的仿生機(jī)器人，用于狹窄地點(diǎn)或環(huán)境惡劣地點(diǎn)的采礦作業(yè)［22］。英美資源集團(tuán)（Anglo American）制定了“未來智能采礦（Future Smart Mining）”計(jì)劃，以逐步提升其智能化生產(chǎn)和管理水平。秘魯?shù)目S科（Quellaveco）銅礦將成為其第一個(gè)試點(diǎn)建設(shè)的全智能礦山。

此外，國外許多礦業(yè)公司，如巴厘克、波里登、紐蒙特、自由港等，都在實(shí)施數(shù)字智能礦山建設(shè)計(jì)劃，在三維礦業(yè)軟件深度應(yīng)用、裝備智能化及無人化作業(yè)、生產(chǎn)協(xié)同管控與實(shí)時(shí)調(diào)度等方面都達(dá)到了很高的水平。

1.2 兩化融合與智能制造指導(dǎo)下的我國礦山智能化戰(zhàn)略

普遍認(rèn)為我國礦山的工業(yè)化進(jìn)程尚未完成，裝備水平不均衡，在礦山智能化布局上有其自身的側(cè)重，但整體上起步較遲于國外礦山。近年來，國家加大了政策的扶持力度，與礦業(yè)發(fā)達(dá)國家的差距在逐漸縮小，并在一些領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了趕超，形成了一條具有中國特色的礦山智能化發(fā)展戰(zhàn)略。

從2007年，國家號(hào)召“兩化融合、走新型工業(yè)化道路”，到2015年提出“中國制造2025”戰(zhàn)略，這都對(duì)我國礦山智能化建設(shè)起到了推動(dòng)作用，有利于促進(jìn)我國智能礦山發(fā)展進(jìn)程。2016年，國土資源部發(fā)布的《全國礦產(chǎn)資源規(guī)劃（2016—2020年）》明確提出未來5 a要大力推進(jìn)礦業(yè)領(lǐng)域科技創(chuàng)新，加快建設(shè)數(shù)字化、智能化、自動(dòng)化礦山［23］。2017年，國家出臺(tái)《安全生產(chǎn)“十三五”規(guī)劃》，強(qiáng)調(diào)“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人”［24］。隨后，《關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見》《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》及《智能制造工程實(shí)施指南（2016—2020）》等文件相繼出臺(tái)，推動(dòng)傳統(tǒng)礦山企業(yè)繼續(xù)深化技術(shù)變革，這些都形成了智能礦山發(fā)展的時(shí)代背景與需求原動(dòng)力，智能化已成為礦業(yè)發(fā)展的必由之路［25-27］。

在此背景下，智能礦山建設(shè)相繼引起了自國家、行業(yè)到大型礦業(yè)集團(tuán)的普遍重視。自“十一五”開始，國家先后立項(xiàng)開展了多項(xiàng)與智能化采礦相關(guān)的重點(diǎn)或?qū)ｍ?xiàng)科技攻關(guān)項(xiàng)目，如“數(shù)字化采礦關(guān)鍵技術(shù)與軟件開發(fā)”、“地下無人采礦設(shè)備高精度定位技術(shù)和智能化無人操縱鏟運(yùn)機(jī)的模型技術(shù)研究”、“井下（無人工作面）采礦遙控關(guān)鍵技術(shù)與裝備的開發(fā)”等，為進(jìn)一步全面開展智能礦山建設(shè)奠定了良好基礎(chǔ)?！笆濉逼陂g，科技部將“數(shù)字礦山建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”和“地下金屬礦智能開采技術(shù)研究”列入了國家“863”計(jì)劃，提升了礦山信息獲取、信息傳輸和信息處理的能力，并研發(fā)了智能鏟運(yùn)機(jī)、智能卡車等智能采礦裝備與配套技術(shù)，推進(jìn)了我國智能采礦技術(shù)的發(fā)展?！笆濉逼陂g，在“深地資源開采”專項(xiàng)支持下，設(shè)置了“地下金屬礦規(guī)?；療o人采礦關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與示范”項(xiàng)目，繼續(xù)推動(dòng)我國智能礦山領(lǐng)域的技術(shù)攻關(guān)?！笆奈濉币?guī)劃更是對(duì)礦業(yè)的智能化提出了明確要求，指出要推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)高端化、智能化、綠色化，推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)同各產(chǎn)業(yè)深度融合，培育新技術(shù)、新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)、新模式。隨著科技創(chuàng)新的加快推進(jìn)，大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、遙感探測(cè)等新技術(shù)與礦業(yè)交叉融合，數(shù)字化、智能化技術(shù)和裝備研發(fā)應(yīng)用，使礦業(yè)發(fā)展新動(dòng)能日益強(qiáng)勁，為礦業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展開辟了新領(lǐng)域，即礦山開采的數(shù)字化、智能化。

在國家相關(guān)政策的引導(dǎo)下，煤炭、有色、冶金以及黃金行業(yè)都根據(jù)各自的行業(yè)特征，開展了對(duì)礦山智能化建設(shè)內(nèi)容、體系以及關(guān)鍵技術(shù)的大討論，許多具備條件的礦山也根據(jù)自身的理解開展了智能礦山建設(shè)工作。為了充分融合已取得的經(jīng)驗(yàn)、整合建設(shè)成果，國家各部委、行業(yè)協(xié)會(huì)等也根據(jù)行業(yè)特色制定了（或正在制定）指導(dǎo)企業(yè)智能化發(fā)展的相關(guān)指南或標(biāo)準(zhǔn)。

2017年1 月，《工業(yè)和信息化部關(guān)于推進(jìn)黃金行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的指導(dǎo)意見》中明確提出了強(qiáng)化智能制造，運(yùn)用信息化手段、自動(dòng)化設(shè)備、智能化生產(chǎn)體系和強(qiáng)化標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)等原則和要求來改造黃金產(chǎn)業(yè)［28］。2018年5月，國家質(zhì)檢總局、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布了《智慧礦山信息系統(tǒng)通用技術(shù)規(guī)范》，正式將礦山智能化列入了國家標(biāo)準(zhǔn)［29］。2020年2月，國家發(fā)展和改革委員會(huì)、國家能源局等8個(gè)部委聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》，明確了煤礦智能化發(fā)展的目標(biāo)、主要任務(wù)和保障措施，對(duì)采煤、掘進(jìn)、運(yùn)輸、通風(fēng)、供電、選煤等環(huán)節(jié)的智能化發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義［30］。2020年4月，工業(yè)和信息化部、發(fā)展和改革委員會(huì)和自然資源部聯(lián)合發(fā)布了《有色金屬行業(yè)智能礦山建設(shè)指南（試行）》，加快推進(jìn)5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息通信技術(shù)在有色金屬行業(yè)的集成創(chuàng)新和融合應(yīng)用［31］，明確指出了鼓勵(lì)生產(chǎn)勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度大、作業(yè)環(huán)境惡劣（高溫、多粉塵、噪音大等）、人員安全風(fēng)險(xiǎn)大的鑿巖、裝藥、支護(hù)、鏟裝、運(yùn)輸?shù)葝徫?，?yīng)用智能鑿巖臺(tái)車、智能錨桿臺(tái)車、智能鏟運(yùn)機(jī)、智能卡車、智能裝藥車等具備自主行駛與自主作業(yè)功能的采礦裝備，以降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)安全性、質(zhì)量穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率。

自然資源部已經(jīng)開展《智能礦山建設(shè)規(guī)范》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編撰工作，并在2020年完成了征求意見稿，涵蓋金屬礦、非金屬礦、煤礦的智能化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，將“智能礦山”最終定義為“在地質(zhì)測(cè)量、資源管理、采礦生產(chǎn)、選礦加工、運(yùn)輸倉儲(chǔ)等方面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、信息化、智能化管控的現(xiàn)代化礦山”，指出智能礦山建設(shè)應(yīng)包括基礎(chǔ)設(shè)施、資源管理、采礦、選礦、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、礦山大數(shù)據(jù)應(yīng)用與智能決策，具有系統(tǒng)性、全面性和技術(shù)指導(dǎo)性［32］。

此外，中南大學(xué)、北京科技大學(xué)、礦冶科技集團(tuán)有限公司、中國恩菲工程技術(shù)有限公司、長沙礦山研究院有限責(zé)任公司等單位先后建立數(shù)字礦山、智能礦山實(shí)驗(yàn)室（或研究中心），開展數(shù)字化和智能化的專門研究。針對(duì)智能礦山學(xué)科領(lǐng)域交叉性這一鮮明的建設(shè)特征，對(duì)于相關(guān)人才的培養(yǎng)也備受重視，國內(nèi)一些礦業(yè)類高校開設(shè)了專門的智能采礦班，為我國礦山智能化培養(yǎng)人才。

2 國外地下金屬礦山智能化建設(shè)與應(yīng)用進(jìn)展

2.1 先進(jìn)案例及智能化特色

近些年，礦業(yè)發(fā)達(dá)國家持續(xù)加大布局智能礦山技術(shù)應(yīng)用，在三維礦業(yè)軟件深度應(yīng)用、裝備智能化及無人化作業(yè)、生產(chǎn)協(xié)同管控與實(shí)時(shí)調(diào)度等方面都達(dá)到了很高的水平。

（1）瑞典基律納鐵礦——全面無人智能采礦的典型代表?；赡氰F礦位于瑞典北部，進(jìn)入北極圈145 km?；杉{鐵礦隸屬瑞典LAKB公司，是世界上規(guī)模最大的地下鐵礦，設(shè)計(jì)規(guī)模為年產(chǎn)3 000萬t原礦。該礦已基本實(shí)現(xiàn)無人智能采礦，在井下作業(yè)面僅保留少量維檢人員，大量生產(chǎn)作業(yè)流程由遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)集控系統(tǒng)完成，自動(dòng)化和智能化程度非常高。該礦智能化主要得益于大型機(jī)械設(shè)備、智能遙控系統(tǒng)的投入使用，以及現(xiàn)代化的管理體系，高度自動(dòng)化和智能化的礦山系統(tǒng)和設(shè)備是確保安全高效開采的關(guān)鍵［33］?；杉{鐵礦巷道掘進(jìn)采用鑿巖臺(tái)車，臺(tái)車裝有三維電子測(cè)定儀，可實(shí)現(xiàn)鉆孔精確定位。采場(chǎng)鑿巖采用瑞典阿特拉斯公司生產(chǎn)的simbaw469型遙控鑿巖臺(tái)車，臺(tái)車采用激光系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，無人駕駛，可24 h連續(xù)循環(huán)作業(yè)。采場(chǎng)鑿巖、裝運(yùn)和提升都已實(shí)現(xiàn)智能化和自動(dòng)化作業(yè)，大量無軌設(shè)備已實(shí)現(xiàn)無人駕駛。礦石裝載采用山特維克生產(chǎn)的Toro2500E型遙控鏟運(yùn)機(jī)，單臺(tái)效率為500 t/h。井下運(yùn)輸包括膠帶運(yùn)輸和有軌電機(jī)車運(yùn)輸，有軌電機(jī)車為連續(xù)裝載、卸載的自動(dòng)化底卸車，膠帶輸送機(jī)自動(dòng)將礦石從破碎站運(yùn)送到計(jì)量裝置中，與豎井箕斗完成裝載和卸礦，整個(gè)過程均為遠(yuǎn)程控制。巷道支護(hù)采用噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，由遙控混凝土噴射機(jī)完成，錨桿和鋼筋網(wǎng)安裝使用錨桿臺(tái)車。

（2）芬什（Finsch）鉆石礦——地下無人駕駛。芬什礦是南非第二大鉆石礦。每臺(tái)鏟運(yùn)機(jī)均安裝了生產(chǎn)指令系統(tǒng)和鏟斗計(jì)量系統(tǒng)，可將當(dāng)班的計(jì)劃出礦量、已出礦量、剩余出礦量、完成百分比、本次卸礦點(diǎn)及下個(gè)出礦點(diǎn)等信息顯示在鏟運(yùn)機(jī)面板上，鏟運(yùn)機(jī)司機(jī)根據(jù)控制面板上的信息進(jìn)行操作，縮短了鏟運(yùn)機(jī)和卡車之間互相等待的時(shí)間。2006年底卡車自動(dòng)化系統(tǒng)投入運(yùn)行，是全球首家實(shí)現(xiàn)卡車自動(dòng)化的礦山。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)礦卡自動(dòng)化出礦技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，其應(yīng)用效果較為顯著：輪胎消耗降低24%，燃油消耗節(jié)約27%，維護(hù)成本降低60%，卡車數(shù)量減少33%，主要部件壽命延長65%，操作人員減少66%［34］。

（3）北帕克斯（Northparkes）銅礦——高度機(jī)械化和自動(dòng)化。北帕克斯銅礦位于澳大利亞新南威爾士州，現(xiàn)由洛鉬集團(tuán)控股。該礦山地表設(shè)置采礦遠(yuǎn)程控制中心，使用移動(dòng)車輛無線定位和視頻監(jiān)控技術(shù)等。該礦井下生產(chǎn)從2014年起就實(shí)現(xiàn)了80%自動(dòng)化，并在2017年左右提升到完全自動(dòng)化，在礦業(yè)界尚屬首例。所有北帕克斯礦的無人駕駛裝載車自行運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)行裝礦、運(yùn)礦和卸礦。這一突破讓北帕克斯礦山實(shí)現(xiàn)了全天24 h、一周7 d不停運(yùn)轉(zhuǎn)，提高了日產(chǎn)量，并顯著降低了采礦成本。完全自動(dòng)化使北帕克斯礦山成為了全球行業(yè)領(lǐng)先者和行業(yè)標(biāo)桿。

（4）諾頓金田——三維協(xié)同設(shè)計(jì)及全生命周期管理。諾頓金田礦業(yè)公司是澳大利亞最大的金礦提供商，目前為福建紫金礦業(yè)的全資子公司。諾頓金田具有完整的現(xiàn)代化礦山管理解決方案，建設(shè)了三維協(xié)同設(shè)計(jì)及全生命周期管理平臺(tái)，并基于Geovia Surpac軟件和三維激光掃描系統(tǒng)進(jìn)行三維建模并將模型整合到三維平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全流程規(guī)劃與管理。公司實(shí)現(xiàn)了大型化、機(jī)械化、智能化采礦設(shè)備在露天礦和地下礦的應(yīng)用，公司具有精細(xì)化與自動(dòng)化的采礦技術(shù)體系，完善的礦山管理理念及管理體系，健康、安全、環(huán)境和社區(qū)（HSEC）管理體系，職業(yè)健康和安全管理體系，完善的生產(chǎn)運(yùn)行計(jì)劃與預(yù)算方法。

（5）皮哈薩拉米（Pyhasalmi）鋅銅礦——高度集成化管理。皮哈薩米銅礦位于芬蘭中部，生產(chǎn)能力為3 100 t/d。礦山建有采礦自動(dòng)化系統(tǒng)、地質(zhì)與排產(chǎn)系統(tǒng)、提升自動(dòng)控制系統(tǒng)、備品備件管理系統(tǒng)、井下安全系統(tǒng)以及生產(chǎn)信息系統(tǒng)等。地質(zhì)勘探信息管控、礦床資源模型建立、礦山生產(chǎn)規(guī)劃及設(shè)計(jì)、礦山測(cè)量及工程量驗(yàn)算等采用Surpac軟件進(jìn)行數(shù)字化管理。主要采礦設(shè)備采用山特維克公司的智能采掘裝備，并關(guān)聯(lián)至ISure、Automine軟件平臺(tái)。自動(dòng)化生產(chǎn)輔助系統(tǒng)如通風(fēng)、排水、破碎、轉(zhuǎn)運(yùn)、消防等集成度高，采用統(tǒng)一界面，在地表或井下均可以進(jìn)行監(jiān)控操作。皮哈薩米銅礦充分發(fā)揮了自動(dòng)化和信息化的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使得“生產(chǎn)—管理—統(tǒng)計(jì)”的各環(huán)節(jié)中都具備了高效、安全、準(zhǔn)確的特點(diǎn)。

此外，智利特尼恩特銅礦、澳大利亞奧林匹克壩銅鈾礦、加拿大基德克里克礦、印度尼西亞格拉斯伯格礦等都是開展智能化研發(fā)與應(yīng)用較早且較為成功的礦山。

2.2 智能裝備與軟件研發(fā)

近十余年來，國際著名的幾家采礦設(shè)備公司均在大力發(fā)展各自的智能采礦裝備及相關(guān)技術(shù)，不僅研發(fā)了大量具有自動(dòng)化或智能化功能的采礦裝備，更以此為基礎(chǔ)進(jìn)一步持續(xù)致力于礦山智能化的研發(fā)和探索，開發(fā)了大量引領(lǐng)礦山行業(yè)發(fā)展的解決方案，這些公司正逐步由原來單一的設(shè)備供應(yīng)商向技術(shù)解決方案供應(yīng)商轉(zhuǎn)變。

山特維克（Sandvik）公司作為國際領(lǐng)先的采掘裝備供應(yīng)商，在提供大量智能化采掘裝備的同時(shí)，開發(fā)了多種智能礦山的技術(shù)與裝備系統(tǒng)，如AutoMine系統(tǒng)、OptiMine系統(tǒng)等，有效提升了智能裝備的一體化運(yùn)營水平［35］?？ㄌ仄だ眨–aterpillar）作為世界上最大的工程機(jī)械和礦山設(shè)備生產(chǎn)廠家，多年來致力于礦山自動(dòng)化和智能化技術(shù)研發(fā)，自2000年起便提出了“礦山之星（Mine Star）”的礦山卡車管理解決方案，經(jīng)多年的發(fā)展與應(yīng)用，為礦山卡車的安全高效運(yùn)行作出了重要貢獻(xiàn)［36］。安百拓（Eprioc）的前身為瑞典工業(yè)集團(tuán)阿特拉斯·科普柯（Atlas Copco），是一家擁有一百多年采礦行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的裝備與解決方案供應(yīng)商，配合其先進(jìn)的采礦裝備，安百拓提出了Mobilaris礦山智能系統(tǒng)、Simba自動(dòng)化系統(tǒng)等多種解決方案，提高了采礦過程的智能化水平［37］。

?？怂箍礖exagon公司在礦山建模與規(guī)劃軟件領(lǐng)域處于行業(yè)先進(jìn)水平，以MinePlan軟件為核心，?？怂箍堤岢隽艘惶滓?guī)劃、運(yùn)營、調(diào)度、決策的全流程解決方案［38］。2020年與巴西某黃金礦山合作，通過采用其“UG Pro”的解決方案，實(shí)現(xiàn)了井下作業(yè)裝備的數(shù)據(jù)集成與高效調(diào)度，提升了卡車?yán)寐?1%。Maptek公司Vulcan軟件為采礦行業(yè)提供了先進(jìn)的三維空間信息、建模、可視化和分析工具［39］。I-Site將三維激光掃描設(shè)備與全景相機(jī)相結(jié)合，提供了高效便捷的測(cè)量方案［40］。

此外，裝備供應(yīng)商如卡特皮勒、日立、小松等也都結(jié)合自身優(yōu)勢(shì)研發(fā)了相應(yīng)的智能裝備；礦業(yè)軟件公司研發(fā)了大量用于礦山數(shù)字化和智能化管理的軟件系統(tǒng)，如Datamine公司的Datamine采礦軟件、達(dá)索公司的Surpac礦業(yè)軟件和Whittle Four-D優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件等［41-43］。同時(shí)，世界上一些知名的自動(dòng)化公司如西門子、ABB、GE Interlution和Wonderware等也紛紛推出了針對(duì)礦山的解決方案和相關(guān)產(chǎn)品。

3 國內(nèi)地下金屬礦山智能化進(jìn)展

3.1 我國智能礦山建設(shè)實(shí)踐

我國礦山智能化的實(shí)現(xiàn)是以數(shù)字礦山建設(shè)為基礎(chǔ)，以信息化、自動(dòng)化和智能化帶動(dòng)礦山生產(chǎn)行業(yè)的改造與發(fā)展為目標(biāo)導(dǎo)向，將開創(chuàng)安全、高效、綠色和可持續(xù)發(fā)展的新模式視為我國礦山企業(yè)生存與發(fā)展的必由之路［44-45］。自1999年提出“數(shù)字礦山”概念，經(jīng)過20余年的研究與發(fā)展，逐漸衍生和發(fā)展出智慧礦山、智能礦山、無人礦山等理念和應(yīng)用，極大地推動(dòng)了我國礦山行業(yè)的發(fā)展［46-47］。

隨著國家不斷重視、政策扶持與技術(shù)引導(dǎo)，國內(nèi)部分大中型礦山企業(yè)在采礦設(shè)備機(jī)械化無人化、開采環(huán)境數(shù)字化、生產(chǎn)過程控制自動(dòng)化、經(jīng)營管理信息化、大數(shù)據(jù)分析等方面的發(fā)展水平均得到一定程度提高，智能化水平也在不斷提升，在保障礦山生產(chǎn)安全，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益方面發(fā)揮了重要作用。

（1）錫鐵山鉛鋅礦——固定設(shè)備無人化。西部礦業(yè)股份有限公司錫鐵山鉛鋅礦實(shí)現(xiàn)了有軌設(shè)備無人駕駛、遠(yuǎn)程裝礦、采礦數(shù)據(jù)集成、智能通風(fēng)、智能排水等，機(jī)車駕駛員減員80%，礦工和井下值守崗位減員100%，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提升了作業(yè)效率，保障了本質(zhì)安全。在崗職工人數(shù)由2015年底的898人，縮減至350人，在智能管控方面，通過MES、集中計(jì)量、無人計(jì)量、能源管理、物資管理等，實(shí)現(xiàn)計(jì)量、能源相關(guān)崗位減員80%，人工成本累計(jì)節(jié)約近5 000萬元［48-49］。

（2）三山島金礦——5G+人工智能。2020年3月26日，中國聯(lián)通與山東黃金集團(tuán)三山島金礦聯(lián)合打造的“5G+人工智能”應(yīng)用項(xiàng)目——遠(yuǎn)程遙控鑿巖臺(tái)車順利通過測(cè)試［50］。DD311鑿巖臺(tái)車遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)改造實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)對(duì)國外鑿巖臺(tái)車控制方式的本質(zhì)改變，是國內(nèi)首個(gè)成功案例，也是鑿巖設(shè)備智能化進(jìn)程的一大跨越。該項(xiàng)目基于無線通訊、視頻傳輸、自動(dòng)化控制等最新技術(shù)，將瑞典山特維克DD311鑿巖臺(tái)車大臂液控多路閥及鑿巖、推進(jìn)、旋轉(zhuǎn)液壓先導(dǎo)系統(tǒng)改裝升級(jí)為電液控系統(tǒng)，通過電控信號(hào)控制設(shè)備大臂及鑿巖機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)作。操作人員在地表調(diào)度集控室通過專業(yè)的遙控操作平臺(tái)，利用工業(yè)環(huán)網(wǎng)聯(lián)通地表遙控操作臺(tái)和井下設(shè)備上的車載控制單元及云臺(tái)高清變焦攝像頭，監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行并進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控作業(yè)。

（3）三山島金礦——大數(shù)據(jù)分析。三山島金礦規(guī)劃建設(shè)了“一云、一湖、一平臺(tái)”數(shù)據(jù)底座，實(shí)現(xiàn)集成平臺(tái)下的數(shù)據(jù)資源融合管理。在構(gòu)建統(tǒng)一數(shù)據(jù)湖的基礎(chǔ)上，搭建了具備數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析的可視化功能，擴(kuò)展了以AI和數(shù)據(jù)挖掘能力基礎(chǔ)的ROMA平臺(tái)。通過數(shù)據(jù)集成總線，將全礦數(shù)據(jù)采集至大數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)、清洗、OLAP分析、查詢服務(wù)，與面向大數(shù)據(jù)的集群協(xié)同計(jì)算相結(jié)合，達(dá)到跨數(shù)據(jù)源的融合計(jì)算目標(biāo)［51］。

（4）凡口鉛鋅礦——采掘裝備智能化。中金嶺南凡口鉛鋅礦位于廣東韶關(guān)，是一座大型地下鉛鋅礦。凡口鉛鋅礦以國家“863”項(xiàng)目“地下金屬礦智能開采技術(shù)”為依托，開展了地下金屬礦泛在信息采集與井下無線通信、移動(dòng)設(shè)備精確定位與智能導(dǎo)航、智能采礦爆破、生產(chǎn)過程智能控制與調(diào)度等有關(guān)智能開采中的關(guān)鍵技術(shù)難題攻關(guān)。凡口鉛鋅礦機(jī)械化無人采礦率達(dá)到83%，在國際同類地下礦山中處于先進(jìn)水平［52-53］。

（5）冬瓜山銅礦——電機(jī)車無人駕駛。2015年，銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司與中國恩菲工程技術(shù)有限公司合作開展了“地下礦無人駕駛電機(jī)車運(yùn)輸技術(shù)”的研發(fā)和應(yīng)用，使冬瓜山銅礦成為國內(nèi)首家正式應(yīng)用電機(jī)車無人駕駛技術(shù)的地下礦山。該系統(tǒng)由智能無人駕駛變頻電機(jī)車、巷道移動(dòng)無線通訊系統(tǒng)、電機(jī)車自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)組成，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控裝礦，自動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)卸礦［54］。

（6）普朗銅礦——整體智能化設(shè)計(jì)與實(shí)施。云南銅業(yè)普朗銅礦位于云南香格里拉，于2018年建成投產(chǎn)，采用自然崩落法采礦。該礦山自設(shè)計(jì)之初便借鑒融合了國內(nèi)外先進(jìn)礦山案例和先進(jìn)技術(shù)，采用先進(jìn)工藝、先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)裝備，制定了高標(biāo)準(zhǔn)、高起點(diǎn)、高水平的礦山建設(shè)方案，使其成為國內(nèi)首批自頂層設(shè)計(jì)便全面規(guī)劃數(shù)字化、智能化體系的礦山［55-56］。

（7）杏山鐵礦——集成化的智能生產(chǎn)管控。杏山鐵礦緊密圍繞首鋼集團(tuán)搭建的縱向四級(jí)、橫向四塊的數(shù)字化整體框架，從提升地質(zhì)采礦工作效率、資源利用水平、安全職業(yè)衛(wèi)生水平等入手，著力打造安全健康和綠色和諧型礦山，并以此為目標(biāo)形成了基礎(chǔ)信息數(shù)字化、采礦裝備現(xiàn)代化、生產(chǎn)執(zhí)行可視化、管理控制一體化和決策支持平臺(tái)化的數(shù)字化智能化生產(chǎn)管控體系［57］。

此外，馬鋼張莊鐵礦、紫金阿舍勒銅礦、湖北三鑫金銅股份有限公司等礦山也在生產(chǎn)、安全、管理智能化方面做出了特色，取得了進(jìn)展。這些礦山都根據(jù)各自的地質(zhì)資源特點(diǎn)與生產(chǎn)過程中面臨的實(shí)際問題，以安全、高效為主要的目標(biāo)，通過系統(tǒng)建設(shè)、智能裝備的引入，著力解決井下惡劣工作條件下的減人換人問題。但從整體的建設(shè)方式來看，建設(shè)周期短、解決局部或區(qū)域生產(chǎn)安全問題的系統(tǒng)推進(jìn)速度快、推廣應(yīng)用迅速，而一些需要長期積累和改造的內(nèi)容，如業(yè)務(wù)流程匹配、生產(chǎn)工藝變革、數(shù)據(jù)資源梳理、管理模式提升等方面，仍未引起普遍重視，智能礦山建設(shè)的整體經(jīng)濟(jì)效益并不顯著。

3.2 互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)入局

隨著我國科技創(chuàng)新的加快推進(jìn)，互聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新技術(shù)與礦業(yè)不斷交叉融合，大量高新企業(yè)將其在行業(yè)內(nèi)的成功經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用到礦山智能化建設(shè)，開啟了“互聯(lián)網(wǎng)+礦業(yè)”模式?；ヂ?lián)網(wǎng)高新企業(yè)的加入為智能礦山的發(fā)展注入了新鮮活力，將互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營模式引入礦山生產(chǎn)行業(yè)，為智能采礦提出了新的解決思路。

華為技術(shù)有限公司聯(lián)合其生態(tài)伙伴提出了“3個(gè)1+N+5（一網(wǎng)、一云、一平臺(tái)、N應(yīng)用、五中心）”的智能礦山整體架構(gòu)，5G+AI+鯤鵬云等先進(jìn)的ICT技術(shù)與礦業(yè)生產(chǎn)融合，助力實(shí)現(xiàn)少人開采、智能運(yùn)輸、無人值守、無人駕駛、智能管控等目標(biāo)，從而提升礦山企業(yè)本質(zhì)安全生產(chǎn)水平，助力礦業(yè)企業(yè)加速走向智能化，最終實(shí)現(xiàn)少人化、無人化的愿景目標(biāo)［58-59］。

百度智能云攜手中國移動(dòng)，在“智慧礦山”建設(shè)中全面推進(jìn)5G智能邊緣計(jì)算的本地化部署?；?G的大帶寬、低時(shí)延和高可靠通信能力和邊緣計(jì)算的智能調(diào)度、智能運(yùn)維、自動(dòng)化部署等特性，能夠?qū)崿F(xiàn)AI場(chǎng)景化服務(wù)到5G網(wǎng)絡(luò)邊緣的高效部署和毫秒級(jí)的計(jì)算任務(wù)響應(yīng)，為礦山車輛的無人駕駛和采礦設(shè)備的無人操作，以及礦山生產(chǎn)運(yùn)營、調(diào)度的自動(dòng)化管理提供支撐［60］。

阿里云公司與銅陵有色合作，將云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈技術(shù)與礦山技術(shù)結(jié)合，推進(jìn)銅陵有色在智能制造、數(shù)據(jù)工廠、產(chǎn)品溯源、供應(yīng)鏈金融等方面的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，建設(shè)銅陵有色數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)施智能礦山、智能工廠、智慧物流、供應(yīng)鏈智能協(xié)同等合作項(xiàng)目［61］。

此外，大量礦業(yè)領(lǐng)域供應(yīng)商也紛紛開啟了礦山智能化裝備的探索。迪邁科技致力于“數(shù)字礦山”軟硬件產(chǎn)品及整體解決方案的研發(fā)和市場(chǎng)推廣，對(duì)我國數(shù)字礦山建設(shè)起到了推動(dòng)作用［62-63］。東方測(cè)控深耕于設(shè)備自動(dòng)化和智能化領(lǐng)域，在自動(dòng)化設(shè)備無人值守、在線監(jiān)測(cè)、智能選廠等領(lǐng)域的成功案例遍布全國［64］。飛翼股份專注于礦山充填系統(tǒng)研發(fā)，在充填系統(tǒng)自動(dòng)化和智能化方面給出了先進(jìn)的解決方案［65］。北京速力成功將電機(jī)車無人駕駛系統(tǒng)與5G通訊技術(shù)融合，開啟了“5G+電機(jī)車無人駕駛系統(tǒng)”的新模式［66］。天河礦業(yè)云將超算技術(shù)應(yīng)用于礦山領(lǐng)域，給出了面向云計(jì)算的智能礦山解決方案［67］。踏歌智行專注于礦用車無人駕駛技術(shù)研發(fā)和無人礦山建設(shè)，在國內(nèi)多家礦山成功實(shí)施了無人礦山系統(tǒng)［68］。

“互聯(lián)網(wǎng)+礦業(yè)”成為時(shí)代所需，礦山智能建設(shè)通過智能信息技術(shù)的應(yīng)用，形成了思考、反應(yīng)和行動(dòng)能力大大提升的層面，實(shí)現(xiàn)了物—物、物—人、人—人的全面信息集成和響應(yīng)能力。

4 我國金屬礦山智能化建設(shè)特點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)

從國內(nèi)外礦山智能化的起源、發(fā)展進(jìn)程、建設(shè)內(nèi)容以及應(yīng)用效果的分析可知，與礦業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，我國礦山雖然存在著資源稟賦條件、裝備水平、管理模式等主客觀方面的不利因素，但是在技術(shù)積累、融合創(chuàng)新、推進(jìn)速度、協(xié)同建設(shè)等方面呈現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)［69］。我國的智能礦山建設(shè)需要認(rèn)真分析國內(nèi)外礦山智能化建設(shè)的特點(diǎn)，總結(jié)歸納其發(fā)展趨勢(shì)，形成與自身資源條件、技術(shù)水平、人員素質(zhì)相匹配的技術(shù)方案與推進(jìn)方式。

4.1 國內(nèi)外礦山智能化推進(jìn)的對(duì)比分析

（1）國內(nèi)外智能礦山建設(shè)基礎(chǔ)條件分析。國外智能化技術(shù)應(yīng)用效果較好的礦山所具有的共性特點(diǎn)在于：礦體規(guī)模大、賦存條件好、技術(shù)裝備水平高；采用崩落法或空?qǐng)龇ǎㄋ煤蟪涮睿┎傻V，鑿巖作業(yè)相對(duì)集中，出礦點(diǎn)和卸礦點(diǎn)相對(duì)固定，可以采用自動(dòng)化鏟運(yùn)機(jī)、卡車解決礦石運(yùn)搬這一地下開采的薄弱環(huán)節(jié)。與礦業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，我國資源稟賦條件好、生產(chǎn)規(guī)模大的地下礦山相對(duì)較少，尤其在金屬礦山，符合以上條件的礦床并不普遍，因此全面普及自動(dòng)化采礦、無人采礦的難度相對(duì)較大。為此，需要研究探索適用于我國礦床特點(diǎn)的智能化開采工藝與技術(shù)。此外，由于我國的工業(yè)化進(jìn)程尚未完成，需要在進(jìn)行信息化建設(shè)的同時(shí)不斷提高工業(yè)化水平，即持續(xù)推進(jìn)“兩化融合”，而礦山企業(yè)的情況尤為突出。不同礦山之間技術(shù)裝備和管理水平差異大也是我國礦山的顯著特點(diǎn)之一，一些礦山的裝備和管理水平已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)，但個(gè)別礦山卻停留在20世紀(jì)60—70年代。這些因素也限制了一些智能化技術(shù)的推廣和應(yīng)用，加大了我國智能礦山建設(shè)的難度。

（2）智能采礦成為國內(nèi)外智能化的建設(shè)重點(diǎn)。分析國外礦山智能化成功案例可知，其智能化工作大都圍繞開采過程的自動(dòng)化與智能化開展，集中在落礦、出礦、運(yùn)輸、提升等采礦生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)，即實(shí)現(xiàn)鑿巖爆破、鏟運(yùn)機(jī)出礦、無軌運(yùn)輸、有軌運(yùn)輸、提升等作業(yè)的自動(dòng)化。這些環(huán)節(jié)的自動(dòng)化、智能化能夠大大減少工作面的作業(yè)人員，使礦工遠(yuǎn)離危險(xiǎn)區(qū)域，降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率，為礦山帶來顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。我國礦山的開采過程智能化方面，由于受礦床賦存條件、技術(shù)和裝備水平的限制，鑿巖、出礦自動(dòng)化技術(shù)尚未應(yīng)用于日常生產(chǎn)環(huán)節(jié)，大部分媒體宣傳報(bào)道的只是實(shí)現(xiàn)了鑿巖、出礦的機(jī)旁或遠(yuǎn)程遙控，且示范性項(xiàng)目較多。在一些固定設(shè)施的智能化方面，如提升、通風(fēng)、排水、充填等系統(tǒng)的自動(dòng)化，目前主要是實(shí)現(xiàn)了部分功能的自動(dòng)化和無人值守，真正實(shí)現(xiàn)智能化管控還有很多工作要做。

（3）智能安全在我國的地位尤其為突出。安全生產(chǎn)管控是我國礦山最為重視且建設(shè)投入較多的項(xiàng)目，井下人員定位、安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控、安全隱患排查與處置等系統(tǒng)在保障礦山生產(chǎn)安全方面發(fā)揮了重要作用?；谔摂M現(xiàn)實(shí)（VR）或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）的安全人員實(shí)訓(xùn)已經(jīng)在一些礦山得到應(yīng)用，取得了很好效果。如何提高安全生產(chǎn)管理的智能化水平，保證系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，將是下一步的重點(diǎn)工作。與我國相對(duì)比，國外在安全管理方面，更突出了與生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)合，即安全是生產(chǎn)的一部分，無安全不生產(chǎn)、無生產(chǎn)不安全。不但生產(chǎn)過程的無人化與少人化是出于安全的目的，同時(shí)安全也與產(chǎn)量、作業(yè)量一樣，成為了生產(chǎn)過程的重要產(chǎn)品。在這一思路的指導(dǎo)下，國外智能采礦通常與智能安全融合建設(shè)，并無明顯的區(qū)分。

（4）建設(shè)與推進(jìn)主體上的差異。國外智能礦山建設(shè)需要在兩個(gè)方面取得滿意的效果，即安全和高效，其中的高效不僅是效率，還有效益。以此為指導(dǎo)，國外智能礦山建設(shè)與推進(jìn)是通過知名的礦山設(shè)備制造商、礦業(yè)軟件提供商與礦業(yè)公司、礦山的緊密合作來完成，這也是智能化采礦成功的關(guān)鍵。具體步驟是根據(jù)礦山特點(diǎn)，商家和礦山聯(lián)合研發(fā)智能化設(shè)備和軟件，在礦山應(yīng)用并不斷完善，形成可靠、實(shí)用的智能化產(chǎn)品，然后大范圍推廣，如此一來，礦山智能化水平得到了提升，商家也得到了豐厚的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。有別于國外礦山由大型礦業(yè)集團(tuán)的實(shí)用性研究到行業(yè)化整體提升的發(fā)展思路，我國礦山智能化建設(shè)起步于國家和行業(yè)的全面規(guī)劃引導(dǎo)，集中前沿化的科技積累，在具備條件的礦山進(jìn)行集成探索后得到經(jīng)驗(yàn)性成果，在總結(jié)后形成示范與引領(lǐng)。這一推進(jìn)模式一方面可以保證我國礦山可以集中優(yōu)勢(shì)力量專注于智能礦山整體建設(shè)體系的形成，但另一方面，在一定程度上導(dǎo)致礦山難以根據(jù)其個(gè)性化特征對(duì)智能礦山的建設(shè)主題加以取舍。

（5）智能管理與智能優(yōu)化上的差距。世界先進(jìn)礦山都將地質(zhì)資源的精細(xì)化、可視建模作為智能化建設(shè)的基礎(chǔ)條件，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行礦床的經(jīng)濟(jì)建模，從而結(jié)合礦床經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)形成面向全生命周期的、用于指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)的全局性開采規(guī)劃。虛擬設(shè)計(jì)、生產(chǎn)布局全局規(guī)劃貫穿于礦山全生命周期，以保證礦山始終保持在經(jīng)濟(jì)最優(yōu)的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，國外先進(jìn)礦山的智能化建設(shè)更加注重每一個(gè)系統(tǒng)或裝備所帶來生產(chǎn)方式的變化，以及與之相適應(yīng)的操作規(guī)程、勞動(dòng)組織、人員配置、信息采集方式以及控制模式的改進(jìn)與提升，從而帶來效率的提升和配套組織的精簡(jiǎn)，因此智能化建設(shè)可帶來顯著的直接經(jīng)濟(jì)效益。

經(jīng)過20多年的數(shù)字礦山建設(shè)，我國礦山在空間數(shù)據(jù)可視化、地質(zhì)資源管理、生產(chǎn)過程管理等方面取得了突出成績。具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三維礦業(yè)軟件得到了廣泛應(yīng)用，但其功能并沒有真正發(fā)揮出來，地質(zhì)測(cè)量業(yè)務(wù)模塊（勘測(cè)數(shù)據(jù)處理，礦體圈定、儲(chǔ)量計(jì)算）應(yīng)用較好，但采礦設(shè)計(jì)、計(jì)劃優(yōu)化業(yè)務(wù)模塊的應(yīng)用卻不盡人意，沒有實(shí)現(xiàn)真正意義上的業(yè)務(wù)協(xié)同。管理系統(tǒng)雖然積累了大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，但由于數(shù)據(jù)的規(guī)范性、一致性差，加上管理模式、管理水平的不足，大數(shù)據(jù)分析缺少有效的模型與算法，輔助決策的效果并不理想。

總之，與礦業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，我國礦山智能化建設(shè)在國家政策引導(dǎo)和企業(yè)面臨的生產(chǎn)安全壓力雙重作用下，智能化建設(shè)的積極性普遍很高，出現(xiàn)了一大批示范項(xiàng)目、示范礦山，在5G技術(shù)的廣泛應(yīng)用、井下電機(jī)車無人駕駛、選礦自動(dòng)化等領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到了國際先進(jìn)水平。但是，由于我國的工業(yè)化進(jìn)程尚未完成，不同礦山之間的裝備水平、管理水平差距大，智能化建設(shè)難度較大，建設(shè)積極性雖然很高，但是實(shí)際效果仍有提升空間。

4.2 我國地下金屬礦山智能化的發(fā)展趨勢(shì)

智能礦山的發(fā)展應(yīng)與我國礦業(yè)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程相匹配。隨著深部采礦、綠色礦山等新型礦山生產(chǎn)運(yùn)作模式的出現(xiàn)，數(shù)字化、智能化作為一種新的生產(chǎn)方式和管理工具，也將持續(xù)面臨新的挑戰(zhàn)。就目前礦業(yè)發(fā)展趨勢(shì)來看，我國地下金屬礦山的智能化建設(shè)需要關(guān)注以下問題：

（1）礦床模型后續(xù)應(yīng)用。目前，礦業(yè)軟件在我國金屬礦山的礦床建模、露天礦境界優(yōu)化、礦開開采規(guī)劃等方面已有了不同程度的應(yīng)用，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，但是礦床模型在礦山生產(chǎn)中如何發(fā)揮具體的、切實(shí)可行的指導(dǎo)作用，則需要在進(jìn)一步加強(qiáng)模型可靠性和動(dòng)態(tài)性的同時(shí)，進(jìn)一步擴(kuò)大礦床模型的應(yīng)用范圍。從廣度上，需要將地質(zhì)模型、經(jīng)濟(jì)模型、開采模型相結(jié)合；在深度上，則需要將其向后部延伸，在作業(yè)計(jì)劃與排產(chǎn)、調(diào)度指揮、測(cè)量驗(yàn)收、經(jīng)濟(jì)分析等方面進(jìn)一步發(fā)揮作用；在形式上，面向礦床模型的生產(chǎn)布局規(guī)劃、井下工程信息（MIM）、井下開采的數(shù)字孿生體系（DT）、資源利用的可視化優(yōu)化等，都是礦床模型后續(xù)應(yīng)用的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

（2）適用于智能開采的采礦工藝變革。傳統(tǒng)的穿爆法采礦工藝具有分散、不連續(xù)的顯著特點(diǎn)，其中落礦和礦石運(yùn)搬是最為重要、同時(shí)也是最為薄弱的兩個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，因而避免工人長時(shí)間工作在環(huán)境惡劣、危險(xiǎn)源多的鑿巖和出礦工作面是智能礦山建設(shè)的首要任務(wù)。有條件的礦山需要基于智能化采礦方式進(jìn)行開采工藝技術(shù)的變革，采用生產(chǎn)效率高、鑿巖作業(yè)相對(duì)集中、出礦點(diǎn)相對(duì)固定的采礦方法，以便于智能化鑿巖與出礦裝備的高效應(yīng)用。此外，隨著破巖技術(shù)的進(jìn)步，巷道全斷面連續(xù)掘進(jìn)機(jī)、非爆破連續(xù)采礦機(jī)已在地下礦山開始應(yīng)用，為智能化采礦開辟了新途徑。

（3）面向“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的智能礦山應(yīng)用場(chǎng)景。自2017年我國深入實(shí)施工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略，至2019年5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用以來，智能礦山已開始探索“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的具體應(yīng)用場(chǎng)景，最為明顯的是通過人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)的引入，實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)聚合和多領(lǐng)域融合，將傳統(tǒng)以地域?yàn)橹行牡慕ㄔO(shè)模式逐漸向“端—邊—云”模式過度，并在大規(guī)模數(shù)據(jù)采集傳輸、人工智能分析檢測(cè)、精準(zhǔn)作業(yè)控制等關(guān)鍵環(huán)節(jié)構(gòu)建應(yīng)用場(chǎng)景?！?G+工業(yè)互網(wǎng)”在智能礦山建設(shè)中深入應(yīng)用后，將與具體的應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)相結(jié)合，使得礦山的生產(chǎn)運(yùn)營體系將在時(shí)空上呈現(xiàn)集成、協(xié)同和優(yōu)化，具體的業(yè)務(wù)內(nèi)容管控則在精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)和自主調(diào)節(jié)等方面加以改進(jìn)提升，從而全面改變礦山傳統(tǒng)的運(yùn)作模式。

（4）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與信息資源規(guī)劃受到重視。智能礦山的規(guī)劃必須要基于礦山的個(gè)性化特點(diǎn)，這個(gè)特點(diǎn)集中反映在對(duì)礦石流及相關(guān)數(shù)據(jù)的分析、理解和管控。與其它制造業(yè)相比，礦山企業(yè)的數(shù)據(jù)資源要復(fù)雜得多，這是由礦山開發(fā)中地質(zhì)資源屬性的核心地位所決定的。地質(zhì)資源信息的全局性、不確定性、動(dòng)態(tài)變化性，導(dǎo)致了信息資源的多元化和多源性。在礦山管理層面，多平臺(tái)、多技術(shù)以及多建設(shè)主體間的數(shù)據(jù)融合應(yīng)用也是智能礦山建設(shè)需要重點(diǎn)解決的問題。更進(jìn)一步，隨著我國礦山兩化融合的進(jìn)一步深度推進(jìn)，規(guī)?；?、集約化以及區(qū)域化的生產(chǎn)布局將成為重要趨勢(shì)，將會(huì)帶來不同礦區(qū)、不同生產(chǎn)主體間的信息集成問題。因此，智能礦山建設(shè)不但要有精準(zhǔn)的目標(biāo)定位、系統(tǒng)化的建設(shè)內(nèi)容，還應(yīng)有面向廣域信息集成的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和信息資源規(guī)劃，從主數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)和數(shù)據(jù)集成等若干層面建立面向智能礦山全局的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，以規(guī)范和指導(dǎo)各應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與應(yīng)用，從而避免出現(xiàn)諸多孤立系統(tǒng)現(xiàn)象。

（5）全局優(yōu)化思路下的智能決策。智能礦山不僅僅是單個(gè)裝備的智能化改進(jìn)，也并不局限于單個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的無人化操作，而是諸多系統(tǒng)在一致性的礦山運(yùn)營目標(biāo)前提下，相互協(xié)同運(yùn)作的過程。因此，在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的前提下完成礦山的數(shù)據(jù)治理，進(jìn)一步引入大數(shù)據(jù)、人工智能與優(yōu)化算法，針對(duì)全局目標(biāo)對(duì)礦山生產(chǎn)資源進(jìn)行跨域協(xié)同優(yōu)化，是智能礦山中智能決策的發(fā)展趨勢(shì)。

（6）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)真正進(jìn)入生產(chǎn)應(yīng)用。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)在礦山的應(yīng)用主要集中在整體布局展示、生產(chǎn)人員培訓(xùn)、設(shè)備保障與輔助維修等方面，但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，其應(yīng)用主題仍然不夠明確。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以其對(duì)現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)系統(tǒng)的高度仿真，可以與大數(shù)據(jù)分析相結(jié)合，模擬、分析并動(dòng)態(tài)控制礦山資源、成本、產(chǎn)量與供需的關(guān)系，為礦山生產(chǎn)管理與決策提供敏捷、直觀的優(yōu)化平臺(tái)和工具，將在礦山經(jīng)營策略形成、生產(chǎn)規(guī)劃優(yōu)化以及生產(chǎn)異常防控等環(huán)節(jié)發(fā)揮重要的作用。

（7）生態(tài)礦業(yè)、綠色礦山將作為智能礦山建設(shè)的核心目標(biāo)之一。隨著我國對(duì)于礦山綠色開發(fā)的日益重視，以節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、安全均衡、生態(tài)和諧的方式組織生產(chǎn)，成為未來礦山生產(chǎn)運(yùn)營的重要前提。為此需要對(duì)礦山開發(fā)過程中的生態(tài)足跡進(jìn)行分析建模，根據(jù)數(shù)據(jù)融合和大數(shù)據(jù)建模的思路將礦山的生態(tài)效益加以量化、具體化和實(shí)體化，并進(jìn)一步指導(dǎo)智能礦山的規(guī)劃和建設(shè)。

5 結(jié)論

（1）近年來，我國礦山智能化建設(shè)進(jìn)展顯著，但在地質(zhì)資源優(yōu)化開發(fā)、生產(chǎn)過程自動(dòng)化與無人化、生產(chǎn)經(jīng)營決策智能化等方面與礦業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍存在一定程度的差距。同時(shí)需要指出，由于信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得礦山企業(yè)，尤其是現(xiàn)代礦山企業(yè)直接面對(duì)了信息技術(shù)發(fā)展的前沿技術(shù)和最新的管理理念，因此我國地下金屬礦山的智能化建設(shè)具有較好的發(fā)展前景。

（2）較為理想的地質(zhì)條件、高效率的采礦方法和采礦裝備、先進(jìn)的管理理念是智能礦山建設(shè)成功的關(guān)鍵。智能礦山建設(shè)并非是簡(jiǎn)單的設(shè)備購置和自動(dòng)化改造，我國地下金屬礦山開展智能化建設(shè)時(shí)，需要充分考慮礦山企業(yè)在生產(chǎn)工藝上的差異和企業(yè)的個(gè)性化需求，在制定智能化建設(shè)方案時(shí)，有必要統(tǒng)籌考慮裝備研發(fā)與管理體系、硬件平臺(tái)和軟件應(yīng)用、單個(gè)系統(tǒng)的智能化與整體運(yùn)營的協(xié)同優(yōu)化等方面的綜合問題。

（3）盡管智能礦山建設(shè)是多學(xué)科領(lǐng)域技術(shù)成果的集成應(yīng)用，但其建設(shè)的成功與否取決于礦山生產(chǎn)工藝與智能化技術(shù)的匹配與融合程度。智能礦山建設(shè)不僅需要不斷吸納信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)與人工智能技術(shù)的最新成果，還要注重于在開采技術(shù)不斷發(fā)展、資源綠色開發(fā)持續(xù)推進(jìn)、安全生產(chǎn)需求不斷提升等行業(yè)背景下礦山諸多技術(shù)需求的有效滿足。