金属矿山深部智能开采现状及其发展策略

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摘要：近年来，社会进步迅速，深部安全高效开采是我国金属矿产资源开发面临的迫切问题，“三高”导致传统采矿方法困难。世界各国都在开展深部智能开采研究。本文系统分析了国内外智能采矿的发展现状，从多个矿山智能化建设案例总结出我国矿山在开采环境智能感知、提升运输自动运行、采掘遥控作业、辅助系统无人值守、生产计划和调度智能决策等方面的进展，剖析了我国金属矿深部智能开采存在的问题，并对我国金属矿深部智能开采发展策略提出了建议。

关键词：金属矿山；深部智能开采现状；发展策略 引言

金属矿山井下通风是保障矿井安全健康运行的重要技术手段之一，主要是利用机械通风的方法持续向矿井输送新鲜空气到井下各作业地点，供工作人员呼吸，稀释并排出井下有害气体和浮尘，改善矿井气候条件及救灾时控制风流的作业，有利于保障矿井安全生产，是灾害防治的基础。

1概念

金属矿山智能通风的内涵是将信息采集处理技术、控制技术与通风系统深度融合，按照“平战结合”的理念实现按需供风及异常灾变状态下的智能决策与应急调控，既满足日常通风的自动化管理与维护，又实现灾变时期的应急控风有效抑制灾情演化。其主要功能包括:(1)矿山通风系统经济可靠与灾情预警，达到安全、经济的目标，保障通风系统日常运行的可靠性与经济性，生产过程中风量做到按需供风，满足通风异常的自动感知、诊断与预警。(2)矿山通风系统的全程自动化，达到智能调控目标，运用互联网、物联网、人工智能、大数据、新材料，先进制造，信息通信和自动化技术，建设智慧矿山通风系统，实现分析决策与联

动调控，灾变条件下能够实现防灾、减灾、控灾和主动救灾等全过程的自动化与智能化。

2我国金属矿深部智能开采存在的问题

目前，我国矿山多数已建成了井下光纤主干通信网络，大部分矿山有环境感知设备、自动化控制系统、灾害监控系统和矿山管理软件等。但是，与国外矿山相比，智能化发展相对滞后，仍存在以下问题。1)开采环境智能感知技术薄弱。对采矿导致的岩石力学条件和环境改变的多场信息监测感知，是当前地质信息透明化的主要数据信息源。目前单一变化量的测试感知尚可，但其整体效应、参数融合不足，对岩层介质变化的规律及判断未形成统一标准。数据和信息孤岛问题、异构多源多模态数据融合问题、标准滞后问题是目前必须解决的问题。2)缺乏深部高应力、高温条件下的高效采矿技术，采矿成本高，井巷工程推进速度慢。深部环境复杂，开采过程精确定位导航技术缺乏，安全应急指挥与调度智能化技术急需提高，开采过程工艺复杂、设备繁多导致行进路线长、行进阻力大、行程困难多，急需研发自主行走、智能控制等关键技术。3)矿山机械化装备配套性差，井下大型采掘设备的制造水平低。我国大多数矿山仍然采用的是传统的设备，其自动化及信息化水平尚不能满足智能开采要求，缺少成熟的、智能化的国产凿岩钻车、铲运机和矿用汽车等现代装备，缺乏适合于井下的精确定位导航技术。4)采矿生产管控一体化综合信息平台开发相对滞后。在开采优化设计、生产管理、开采环境监测、安全预警等方面，信息难以共享，不能为科学决策与管理提供有效的技术支撑。需要开发全新的具有高度智能化、信息化和协同性的控制技术、决策技术、开采技术和装备体系。

3金属矿山深部智能开采现状及其发展策略 3.1科学设置矿井的通风系统

矿山通风系统主要是将矿井外的新鲜空气输入矿井内的作业地点，然后将矿井内的有害气体与粉尘排放到矿井以外，所以科学地设置矿山通风系统，对于保证矿井作业安全具有十分重要的作用。矿井的通风方式根据进风井与回风井布置方式的不同，分为对角式、中央式以及混合式三种类型，而通风系统根据主扇地

点以及主扇的工作方式又分为抽出式、压入式以及混合式三种。在具体的设计过程中，要结合矿井的实际情况进行分析，根据矿井的地形和深度对通风系统进行合理设计。针对一些地形比较复杂的矿井，一定要同时安装一套备用的通风设备，确保一套设备出现故障以后，能够有另一套设备立即投入使用。针对一些比较深的矿井，在通风系统的设置上一定要适当增加主扇的功率，使其能够满足深井的通风需要。在通风系统的设置上，还要考虑不同地区的气候条件对矿山通风的影响，将通风系统做出合理的调整。

3.2岩体支护

在现代支护理论中，将矿山开采的围岩和支护结构看作是一个复合承载体，在这个承载体中，围岩是主体，支护结构则是对围岩进行加固的手段。金属矿山开采中，岩体支护的方式有很多，如锚杆支护、喷锚支护、长锚索支护等。早在20世纪70年代，我国就对岩体支护和加固技术进行了深入研究，总结出了几种比较有效的加固方法，分别是抗滑桩加固、锚杆锚索加固、挡土墙加固以及注浆加固等。以某铜矿为例，在20世纪70年代，使用半掩埋式抗滑桩，对长度在120m、垂直高度20m的滑体进行了加固，取得了良好的加固效果。

3.3计算机在金属矿山开采中的运用

计算机在金属矿山开采中的应用体现在很多方面，能够为金属矿产开采的自动化提供可靠支撑。这里对其在自动化开采系统中的应用进行简单分析。在金属矿山自动化系统中，可以将计算机技术与机械设备相配合，实现自动化开采。在应用过程中，需要注意以下3点：1）需要完整的自动化运行程序，保证采矿工作流程的完整性，避免出现细节的遗漏；2）应确保控制命令的有效执行，借助相应的数据传输网络来实现对数据信息的高效传递；3）应有相应的机械设备作为辅助和执行机构，从计算机技术的应用分析，主要是借助计算机编程的方式设置完整且流畅的运行体系，同时，编写各个执行环节的控制程序，利用程序实现自主控制。当设备对控制系统的命令做出响应后，控制动作就可以顺利实现。

3.4矿井治水

金属矿山开采中，需要重视防水、治水工作，在20世纪50~60年代，我国就矿床中水文地质条件的分类、矿坑用水量预测方法等进行了研究，但是，由于技术、资金等条件的限制，防治措施一般是疏干排水，相对单一。70年代，大型注浆帷幕堵水技术在水口山铅锌矿中得到了实践，堵水率约为55%，在减少矿坑涌水的同时，可以实现对地面塌陷的有效控制。另外，物探技术开始被应用到巷道掘进，能够为含水构造的预测分析提供技术支撑。进入80年代后，矿区水文地质条件研究开始转向同位素示踪试验和计算机模拟技术，其在三山岛金矿中取得了相当显著的成果。新时期，金属矿山防治水已经发展成为防治并举、疏堵结合的综合防治。

结语

深部开采是我国金属矿产资源开发面临的迫切问题，面临诸多挑战，智能开采是解决各种挑战最有效的手段。本文简要介绍了国内外地下矿山智能采矿的发展历程和现状，从多个矿山智能化建设案例总结出我国矿山在开采环境智能感知、提升运输自动运行、采掘遥控作业、辅助系统无人值守、生产计划和调度智能决策等方面的进展，指出了我国金属矿深部智能开采存在的问题，对金属矿深部智能开采的发展策略提出了建议。

参考文献

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