綜合管理智能化露天采礦策略分析

郭陽陽，趙程榮

（陜西神延煤炭有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719000）

露天煤礦智能化開采是指在煤礦開采過程中將人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)和智能裝備與煤炭資源開發(fā)利用進(jìn)行深度融合，通過建設(shè)數(shù)據(jù)采集與傳輸通道、綜合管控平臺(tái)和智能化裝備等，將露天礦生產(chǎn)系統(tǒng)、安全系統(tǒng)和綜合管理系統(tǒng)等進(jìn)行集成、挖掘、推廣、共享和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)露天煤礦全生命周期、全流程的少人化（固定崗位無人）生產(chǎn)，提升露天煤礦綠色、安全、高效和智能化水平，確保碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)下煤炭的穩(wěn)定供應(yīng)[1]。目前，國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于露天開采智能化相關(guān)研究論文和報(bào)告層出不窮，但其中有關(guān)露天煤礦智能化建設(shè)及綜合管理的內(nèi)容卻比較短缺。為此，對(duì)綜合管理智能化露天采礦策略進(jìn)行分析。

1 我國露天煤礦規(guī)模發(fā)展概況

從總體產(chǎn)量來看，近幾年我國煤炭市場(chǎng)和前幾年相比有所減少，但其中露天煤炭的發(fā)展趨勢(shì)穩(wěn)定，所占的比例逐年增加。2010—2020 年我國地下和露天煤炭開采煤炭產(chǎn)量情況如圖1。

從圖1 可知，2010 年我國露天煤炭產(chǎn)量僅有不到3 億t，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，采礦的工業(yè)和設(shè)備也在不斷更新?lián)Q代，煤炭產(chǎn)量逐年攀升，穩(wěn)定發(fā)展，到2020 年煤炭總產(chǎn)量已經(jīng)超過了12 億t，較2010年相比增長了將近4 倍。2020 年超出60%的產(chǎn)量，來自于40 多座特大型礦山，這些礦山始終秉承著綠色高效的理念。露天開采目前的生產(chǎn)規(guī)模已經(jīng)超過美國等老牌國家[2]。

圖1 2010—2020 年我國地下和露天煤炭開采煤炭產(chǎn)量情況

2 我國露天煤礦智能化發(fā)展現(xiàn)狀

1999 年“數(shù)字礦山”這一新興的概念首次問世，并受到世人的廣泛關(guān)注[3]。之后，國內(nèi)露天煤礦制定了：安全生產(chǎn)降本增效和2 項(xiàng)準(zhǔn)則。國內(nèi)的礦業(yè)智能化工作開始圍繞這2 條準(zhǔn)則實(shí)行起來，并且涌現(xiàn)出一批表現(xiàn)出色的典型實(shí)例。“數(shù)字礦山”這一概念的提出，在某種程度上促進(jìn)了我國礦業(yè)管理智能化的發(fā)展。

2.1 礦山開采裝備智能化

礦業(yè)智能化中，不可或缺的一項(xiàng)就是裝備智能化。目前我國的礦業(yè)裝備中有些已經(jīng)達(dá)到了較高的水準(zhǔn)，如超速報(bào)警、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)等，這些技術(shù)的成熟標(biāo)志著我國礦業(yè)發(fā)展智能化，已經(jīng)取得了初步的成效。但是我國現(xiàn)有的裝備還存在著一定的不足，比如卡車調(diào)度系統(tǒng)，雖然已經(jīng)大規(guī)模地投入使用，但智能化調(diào)度水平還有需要優(yōu)化的空間。

根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，露天礦山建設(shè)總共有3 個(gè)進(jìn)程：數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化。這3 個(gè)步驟逐層推進(jìn)，環(huán)環(huán)相扣，缺一不可。目前，現(xiàn)有的礦業(yè)發(fā)展才進(jìn)行到數(shù)字化的初級(jí)階段，離第3 步智能化還有很長的距離。以西灣露天煤礦為例，按照不同環(huán)節(jié)可以分為7 個(gè)方面，包括穿孔環(huán)節(jié)智能化（鉆機(jī)狀態(tài)自動(dòng)檢測(cè)、鉆機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航及鉆進(jìn)控制、地層巖性識(shí)別）、爆破環(huán)節(jié)智能化（裝藥車自動(dòng)導(dǎo)航及裝藥、爆破效果自動(dòng)評(píng)價(jià)）、采裝環(huán)節(jié)智能化（電鏟遠(yuǎn)程監(jiān)控功能、在線動(dòng)態(tài)數(shù)字化稱重、輔助/自主挖掘與裝載）、運(yùn)輸環(huán)節(jié)智能化（卡車安全管理數(shù)字化、燃油胎壓數(shù)字化監(jiān)控、輔助/無人駕駛卡車、智能化卡車調(diào)度系統(tǒng)）、排棄環(huán)節(jié)智能化（推土機(jī)自動(dòng)找平系統(tǒng)、遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)）、地面生產(chǎn)系統(tǒng)智能化（破碎站無人值守、帶式輸送機(jī)集中控制、帶式輸送機(jī)巡檢機(jī)器人、自動(dòng)堆取料機(jī)、料場(chǎng)儲(chǔ)量監(jiān)控）、檢修智能化（設(shè)備故障自動(dòng)診斷、預(yù)警）。

2.2 礦山管理安全生產(chǎn)的信息化

目前我國礦山事業(yè)智能化的側(cè)重點(diǎn)主要在信息智能化，在企業(yè)信息的采集和傳輸方面，采用無紙化辦公的模式，將信息錄入系統(tǒng)中進(jìn)行統(tǒng)一管理，既節(jié)省了經(jīng)濟(jì)成本，又節(jié)省了時(shí)間，提高了企業(yè)的工作效率[4]。有很多大型的礦業(yè)公司積極嘗試新技術(shù)，起到了良好的帶頭作用，比如國家能源集團(tuán)，充分利用基石等一些系統(tǒng)，使得各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一呈現(xiàn)，各個(gè)生產(chǎn)礦井在主要位置安裝攝像頭并呈現(xiàn)在集團(tuán)總調(diào)大屏中，以便統(tǒng)一指揮。各級(jí)子分公司還建立了方便快捷的企業(yè)內(nèi)網(wǎng)，讓員工不需要面對(duì)面，就能夠快速地交流工作，使得辦公的效率大幅度提高。

2.3 礦山生產(chǎn)設(shè)計(jì)智能化

生產(chǎn)設(shè)計(jì)的智能化也是礦山智能化中的重要一環(huán)，其中有數(shù)據(jù)精確化、方法精細(xì)化等方面。在測(cè)繪方面，已經(jīng)有較為先進(jìn)的技術(shù)投入使用，如無人機(jī)攝影等，這些技術(shù)的投入使得我國露天礦山的開采更為方便和安全，得到的數(shù)據(jù)也更加準(zhǔn)確[5]。除此之外，用無人機(jī)進(jìn)行航測(cè)的系統(tǒng)正在逐漸完善，能夠?yàn)槿斯y(cè)繪提供更好的幫助。礦產(chǎn)優(yōu)化輔助系統(tǒng)的普及和推廣，給采礦事業(yè)增添了巨大的助力，目前常用的輔助類系統(tǒng)有3Dmine 等。但是現(xiàn)有的系統(tǒng)仍然存在著一定的局限性，表現(xiàn)得較為保守和落后，很難結(jié)合實(shí)際，處理礦山現(xiàn)場(chǎng)的隨機(jī)突發(fā)問題，和國外的先進(jìn)技術(shù)相比還有很大的進(jìn)步空間，需要向國外的先進(jìn)技術(shù)好好學(xué)習(xí)。

目前國外推行的理念是將設(shè)計(jì)與施工有效結(jié)合起來，實(shí)行一體化的管理和控制，這種理念非常先進(jìn)，且符合實(shí)際，具有良好的借鑒作用，很有可能成為未來我國礦產(chǎn)事業(yè)發(fā)展的核心理念[6]。

3 我國露天礦山智能化規(guī)劃管理存在的問題

1）露天礦山智能化的概念與內(nèi)涵較為模糊。隨著信息時(shí)代的不斷發(fā)展，“礦山信息化”等新推出的理念吸引了人們的注意，并且受到了業(yè)內(nèi)和業(yè)外的一致推崇，然而礦山事業(yè)的各個(gè)部門對(duì)這些理念的理解存在著分歧，并沒有達(dá)到一個(gè)統(tǒng)一的共識(shí)，導(dǎo)致給礦山智能化的發(fā)展設(shè)置了一些阻礙。除此之外，露天煤礦開采是新發(fā)展起來的產(chǎn)業(yè)，之前國內(nèi)的研究成果主要集中于地下開采，這2 種方式大相徑庭，并不能簡(jiǎn)單地沿用同一種方式來進(jìn)行管理，否則可能帶來極其嚴(yán)重的后果。因此，相關(guān)部門必須要具體問題具體分析，聯(lián)系露天煤山的實(shí)際情況，仔細(xì)分析，合理規(guī)劃，來制定科學(xué)有效的管理方法，形成露天礦山智能化管理的初步方案，并在實(shí)施過程中結(jié)合實(shí)際不斷調(diào)整，持續(xù)進(jìn)行優(yōu)化[7]。

2）露天礦山智能化改造尚未體系化。露天礦山并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，其中涉及到的設(shè)備、技術(shù)和人員非常繁雜，是由多個(gè)小的系統(tǒng)組成的1 個(gè)龐大的系統(tǒng)。不僅僅是單一部件和環(huán)節(jié)的智能化實(shí)現(xiàn)叫做智能化，智能化的管理應(yīng)該體現(xiàn)在礦山的方方面面，尤其是在跨環(huán)節(jié)、跨系統(tǒng)、跨設(shè)備方面，讓多個(gè)部件、多個(gè)系統(tǒng)互相配合，有效協(xié)調(diào)，通力合作，共同完成一項(xiàng)任務(wù)，這樣才叫做管理的智能化。這樣的管理能夠極大程度地提高礦山生產(chǎn)的效率。礦山生產(chǎn)的實(shí)際任務(wù)非常復(fù)雜，涉及到的系統(tǒng)數(shù)不勝數(shù)，對(duì)智能化技術(shù)的要求非常高，目前的技術(shù)水平還很難滿足所有的需求，所以急需要1 套完整的、專業(yè)的管理體系。

3）缺乏合理的“投入－產(chǎn)出”評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于企業(yè)來說，最重要的目的就是獲得利益，投入新的技術(shù)或者改良新的工藝，都是為了獲得更高的利益，礦山開采從根本上來說，同樣也是為了獲得經(jīng)濟(jì)利益，所以做到智能化的一大目標(biāo)首先就是要提高效率，降低成本。與此同時(shí)，這些發(fā)展的前提是安全，能夠有長遠(yuǎn)的穩(wěn)定的發(fā)展，能夠?yàn)槠髽I(yè)賺取更多的利益。但是這個(gè)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)起來并不容易，反而面臨著很多阻礙，因此要結(jié)合每座礦山具體的特點(diǎn)，包括地理位置、現(xiàn)有水平等等，制定出最合理最適宜的方案，經(jīng)過慎重考慮后再實(shí)施。但目前礦山開采的情況較為復(fù)雜，每座礦山遇到的問題不盡相同，能借鑒的實(shí)例很少，這給開采帶來了很大的困難。因此，目前急需1 套科學(xué)的判定方法，為礦山智能化發(fā)展提供可靠的理論支撐。

4）缺乏各規(guī)劃內(nèi)容優(yōu)先級(jí)的決策依據(jù)。露天礦的智能化工作非常繁瑣龐大，參與的系統(tǒng)數(shù)量數(shù)不勝數(shù)，期間涉及到的各項(xiàng)費(fèi)用也非常驚人，包括維護(hù)費(fèi)用、研發(fā)費(fèi)用等等，整個(gè)周期耗時(shí)較長。由于建設(shè)過程是從基礎(chǔ)到深入逐步進(jìn)行的，那么在此過程中，必然會(huì)存在下面的幾種情況：①某些規(guī)劃內(nèi)容包含于其他內(nèi)容；②內(nèi)容之間毫無關(guān)聯(lián)，但屬于同一個(gè)更高的內(nèi)容；③不同的內(nèi)容需要對(duì)同樣的業(yè)務(wù)進(jìn)行改造。這幾種情況相互交叉，經(jīng)常同時(shí)存在，如果不能科學(xué)有效地處理這些內(nèi)容，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)重復(fù)投入的情況，這樣會(huì)多花費(fèi)許多金錢和時(shí)間成本，導(dǎo)致整個(gè)工程的滯后。

4 我國露天礦山智能化規(guī)劃管理的優(yōu)化對(duì)策

4.1 加強(qiáng)露天礦山智能化概念體系

智能化礦山是一個(gè)綜合性的項(xiàng)目，需要多門學(xué)科和技術(shù)相互融合，共同協(xié)作，才能實(shí)現(xiàn)總體的目標(biāo)。礦山的所有領(lǐng)域和部門幾乎都參與到了礦山智能化的建設(shè)中來。當(dāng)前礦山智能化的學(xué)術(shù)建設(shè)欣欣向榮，不同的學(xué)者都有不同的研究方向和研究成果，按照各專家研究側(cè)重點(diǎn)的不同，可以將專家分為3類：①注重業(yè)務(wù)邏輯；②注重?cái)?shù)據(jù)流動(dòng)；③專家注重功能實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)構(gòu)建的方式和專家的研究方向息息相關(guān)，各種構(gòu)建方式其實(shí)根本是一樣的，只是從不同的角度來看待問題，才導(dǎo)致方式不同。為了實(shí)現(xiàn)學(xué)科間的相互合作、共同進(jìn)步，這3 項(xiàng)側(cè)重點(diǎn)都需要給予充分的重視，形成完善全面的理論體系。

4.2 構(gòu)建露天礦山智能化改造系統(tǒng)

露天礦山的場(chǎng)景應(yīng)用十分廣泛，而且場(chǎng)景之間的關(guān)聯(lián)并不簡(jiǎn)單，為了之后的工作能有穩(wěn)定可靠的科學(xué)依據(jù)，就必須明確各項(xiàng)之間的關(guān)聯(lián)，所以建設(shè)露天礦山智能化圖譜很有必要。

1）業(yè)務(wù)邏輯知識(shí)圖譜。對(duì)礦山生產(chǎn)過程的業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行解構(gòu)分析，對(duì)各項(xiàng)流程尤其是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)進(jìn)行精確的描述。

2）數(shù)據(jù)流動(dòng)知識(shí)圖譜。對(duì)礦山生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)流動(dòng)進(jìn)行解構(gòu)分析，對(duì)各項(xiàng)信息流動(dòng)規(guī)則進(jìn)行精確的描述。

3）功能實(shí)現(xiàn)知識(shí)圖譜。對(duì)礦山生產(chǎn)過程的功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行解構(gòu)分析，對(duì)各項(xiàng)流程的功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行精確的描述。

4.3 構(gòu)建礦山合理智慧程度評(píng)價(jià)體系

獲得利益是礦山智能化的根本目標(biāo)，所以礦山智能化的轉(zhuǎn)型不能毫無規(guī)劃，隨意實(shí)行，應(yīng)該要結(jié)合礦山的實(shí)際情況，具體分析，確定現(xiàn)有的資金足夠，并且現(xiàn)有的技術(shù)已經(jīng)能達(dá)到要求的水平，才制定相關(guān)的方案，并投入到具體的實(shí)施中。

1）智能化的成本回報(bào)估算。對(duì)成本和回報(bào)的估算方法進(jìn)行研究，統(tǒng)計(jì)各項(xiàng)的總成本和總回報(bào)，計(jì)算出項(xiàng)目所得的收益，獲得較為準(zhǔn)確的數(shù)字。

2）合理投入決策模型。建造計(jì)算模型，負(fù)責(zé)計(jì)算出一定盈利預(yù)期下礦山企業(yè)的合理投入規(guī)模。

3）智慧程度評(píng)價(jià)系統(tǒng)。結(jié)合每座礦山的具體信息，具體問題具體分析，按照合理的投入規(guī)模，來為礦山的發(fā)展進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，構(gòu)造出合理的體系。

4.4 規(guī)劃內(nèi)容優(yōu)先級(jí)的決策方法

規(guī)劃內(nèi)容優(yōu)先級(jí)需要注意：①要仔細(xì)內(nèi)容之間的聯(lián)系，合理利用聯(lián)系，減少冗余；②要具體問題具體分析，結(jié)合實(shí)際，考慮到露天礦山的目前水準(zhǔn)，節(jié)約成本，提高效率，使得利益能夠最大化。為了達(dá)到上面的要求，就需要合理地進(jìn)行決策。

1）以內(nèi)容關(guān)系為基礎(chǔ)進(jìn)行決策。合理利用知識(shí)圖譜，對(duì)不同內(nèi)容之間的關(guān)系進(jìn)行定義，根據(jù)聯(lián)系來選擇合適的方法，盡量做到成本最低。

2）以優(yōu)先級(jí)為基礎(chǔ)進(jìn)行決策。對(duì)礦山現(xiàn)有的信息化水平進(jìn)行一個(gè)仔細(xì)詳實(shí)的評(píng)估判斷，然后根據(jù)需求來決定每個(gè)步驟的優(yōu)先級(jí)別。

5 結(jié)語

礦產(chǎn)行業(yè)對(duì)我國的國民經(jīng)濟(jì)起著至關(guān)重要的作用，并且對(duì)促進(jìn)我國工業(yè)化的進(jìn)程做出了卓越貢獻(xiàn)，使我國逐漸邁入更穩(wěn)健更和諧的社會(huì)。從長遠(yuǎn)的角度來看，要想讓我國的露天采礦事業(yè)能夠穩(wěn)定有序地發(fā)展下去，就需要不斷加強(qiáng)智能化技術(shù)的提高。在此基礎(chǔ)上，相關(guān)的各部門要明確自己的責(zé)任，互相合作，堅(jiān)持創(chuàng)新，共同進(jìn)步，加大對(duì)技術(shù)創(chuàng)新方面的研究，增強(qiáng)對(duì)維修工作的重視，盡最大的可能去使采礦的效率實(shí)現(xiàn)最大化。除此之外，政府要起到積極的帶頭作用，加大資金投入，增強(qiáng)對(duì)先進(jìn)集體和個(gè)人的表彰力度，積極學(xué)習(xí)西方先進(jìn)的技術(shù)和制度，取長補(bǔ)短，對(duì)我國礦產(chǎn)事業(yè)的發(fā)展提供堅(jiān)定的保障。