伴随着浅部矿产资源开采程度的提高，我国矿山尤其是金属矿山正逐步走向深部开采阶段。但是，深部开采面临着诸多环境和技术难题。对于正处于自动化向智能化过渡的国内矿山而言，绿色开采、深部开采是其未来发展中必然要考量的主题。而融合绿色开发、智能采矿在内的新理念、新模式、新技术创新，成为深部安全、高效、环保开采的关键。作为矿业未来发展的方向，智能采矿如何保障深部开采，将会在深部开采中开拓出怎样的一条“通途大道”？

    （一）

    深部开采，既是矿业发展的必然，也是探索深地奥秘、开拓深地矿床的前沿。

    经过新中国成立以来60多年的勘查开采，我国浅部矿产资源逐年减少，开采深度在千米以内的金属矿产资源正在逐步消耗殆尽。

    矿产资源特别是金属矿产资源开采正向深部全面推进，一些金属矿山将逐步由千米以内向1500米及以上深井发展。统计显示，2000年以前，我国只有2个金属矿山开采深度达到1000米。进入21世纪以来，其发展速度很快，目前已有16座地下金属矿山采深达到或超过1000米。其中，吉林夹皮沟金矿、云南会泽铅锌矿和六苴铜矿、河南灵宝釜鑫金矿均超过1500米。

    此外，全国找矿突破战略行动通过在整装勘查区、矿山深边部找矿，发现了多个深井矿床，例如思山岭铁矿、济宁铁矿、大台沟铁矿、陈台沟铁矿、瑞海金矿、三山岛金矿西岭矿区等。

    有专家预测，我国将有近30余座金属矿山进入地下1000米以下深度开采，其中有近10座矿山将进入1300~2000米深度开采；未来5~10年，将有1/3以上的矿山进入1000米以深的开采深度。

    但是，深部开采作为矿业发展的前沿领域，也面临着诸多挑战。

    深部岩体地质力学特点决定了深部开采与浅部开采的明显区别在于深部岩石所处的特殊环境，即“三高一扰动”的复杂力学环境，使得诸多关键难题需要破解——

    一是深部高应力问题。深部高应力可能导致破坏性的地压活动，包括岩爆、塌方、冒顶、突水等由采矿开挖引起的动力灾害。二是岩性恶化问题。浅部的硬岩到深部变成软岩，弹性体变成潜塑性体，这给支护和采矿安全造成很大负担，严重影响采矿效率和效益。三是深井高温环境问题。岩层温度随深部以1.7℃/100米~3.0℃/100米的梯度增加。深井的高温环境条件严重影响工人的劳动生产效率，而为了进行有效降温，又必将大大增加采矿成本。而随着开采深度的增加，矿石和各种物料的提升高度显著增加，提升难度和提升成本大大增加，并对生产安全构成威胁。

    同时，超大规模超深井开采中涉及安全生产的建井施工、采矿工艺、提升运输、通风降温、充填、岩移预测等重大问题的解决，离不开深井提升钢丝绳检测装置、大处理能力的尾矿浓缩贮存装置、超大规模金属矿井运输智能控制系统等关键装备的研发应用；深部金属矿山开采相关技术标准也有待建立和完善。

    这些深部开采中的关键难题，同时也是未来智能采矿中需要面对和处理的核心问题。

    此外，我国矿山面临的来自矿业市场、转型发展以及国家安全环保政策方面的压力与挑战，也促使其通过提升机械化、自动化、智能化水平，以提高生产效率和资源利用率，在推进“机械化换人、自动化减人”，建设地下矿山安全避险“六大系统”、“尾矿库安全在线监测系统”等的过程中，提升整个矿山的现代化水平。

    （二）

    针对矿山开采面临的新形势和新挑战，业内专家提出了一条解决途径——智能矿山。这也是矿山未来发展的诗与远方。

    北京矿冶研究总院张元生教授认为，“智能矿山”是“工业化”与“信息化”的有机结合和新的发展阶段，是“互联网+矿山”的本质体现，其终极目标是实现“无人采矿”。“智能矿山”是采用人工智能、物联网、云计算、大数据、地理信息技术（RS\GIS\GNSS）、虚拟现实（VR）、智能机器人、轨道交通技术、无线通信技术、自动控制、计算机软件、移动互联网、高端装备制造等高新技术，应用于矿山生产各个作业环节，实现矿山全流程、全生命周期的数字化与智能化。

    所谓智能采矿，就是在矿床开采中，以开采环境数字化、采掘装备智能化，生产过程遥控化、信息传输网络化和经营管理信息化为特质，以安全、高效、经济、环保为目标的矿业工程。

    从运行模式上看，“智能矿山”应该是生产管理远程化、遥控化、无人化，采矿作业智能化，选冶过程自动化，运输调度无缝化。

    当前，我国智能矿山技术发展主要体现在综合调度中心、资源管理系统、智能装备、泛在信息智能采集与传输、智能化采矿爆破技术与装备、地下空间高精度定位与导航、智能生产调度与控制平台、矿山安全智能化监测预警系统等方面。

    其中，在智能装备方面，智能铲运机、装药车、凿岩台车等装备已投入使用；在智能通信方面，井下无线通信系统已经在甲玛铜矿等10余个矿山进行了应用；在智能化采矿爆破技术与装备上，三维激光扫描系统已经在新疆阿舍勒铜矿、湖北大冶等矿山进行了应用，支撑智能化采矿爆破设计，并将结果指导自动钻孔与优化装药；在地下空间高精度定位与导航上，已经开发出了原型系统，部分技术已经实现现场转化应用。

    大规模深井充填法开采是我国近年来金属矿山的一个显著特点，埋藏深（高地应力、高地温）、矿体厚大、环保要求等给矿山开采带来了诸多技术挑战，体现在采矿方法选择、回采顺序、提升运输、通风和制冷降温、充填系统、尾矿处理、安全（包括防水）等方面。

    瑞海金矿是大规模深井矿床充填法开采的一个典型矿山。依照设计方案，采矿自动化及信息化融合控制也被纳入其中。瑞海金矿自动化及信息化系统包括：采矿自动化、选矿自动化、生产管理信息平台、企业网络系统规划。其中，采矿自动化包括采矿自动化系统、通信和网络系统、安全监测和监控系统、井下交通自动化系统；选矿自动化包括顽石破碎、磨矿系统、浮选系统、脱水系统；企业管理信息平台主要指矿山生产管理信息系统；企业网络系统规划包括井下光环网系统、地表光环网系统。

    具体而言，其设计中的采矿自动化系统又细分为提升自动化系统，胶带运输控制系统，溜井、破碎系统，充填料制备自动化、通风控制系统等；通信和网络系统细分为井下光环网系统、井下有线通信系统、坑内无线通信系统等；安全监测和监控系统细分为气体监测系统、地压（微震）适时监测系统、人员定位系统、车辆定位系统等；井下交通自动化系统细分为斜坡道交通信号系统、无人驾驶电机车控制系统等。

    伴随着一些大型地下矿山的建成投产，可以预见，未来远程遥控和自动化开采将是一个显著特征，新建矿山的现代化水平将有一个巨大的提升。

    （三）

    矿山有智能化的诗与远方，当然也有眼前的现实。应该看到，当前我国金属矿山整体机械化程度还相对落后，依然需要加快工业化与信息化融合进程，实现传统矿业的跨越，从而走向智能采矿。

    谈到当前矿山自动化、信息化的实际，中国恩菲工程技术有限公司白光辉认为矿山企业应该根据自己的需求，选择先进的和有发展前途的技术。

    他表示，国内地下矿传统自动化系统可细分十几个系统，如高压供电系统、低压供电系统、排水系统、通风系统、破碎系统、铲运机远程遥控系统、无人驾驶卡车运输系统、有轨电机车运输系统、溜井料位检测系统、排泥系统、提升系统以及六大系统。应该说，国内矿山对先进技术非常

    “煤炭是我国的主体能源和重要的工业原料。但也要看到，煤炭行业化解过剩产能、实现脱困发展的任务还依然艰巨。”在近日举行的2017中国国际能源峰会上，中国煤炭工业协会会长王显政就当前我国煤炭行业取得的成绩、面临的困难以及今后一段时期的发展方向做了深入分析。

    煤炭工业整体面貌已发生巨变

    王显政介绍，新中国成立以来，全国累计生产煤炭790亿吨，煤炭在我国一次能源生产和消费结构中的比重分别占70%和60%以上，为国民经济和社会长期平稳较快发展提供了可靠的能源保障，做出了历史性贡献。特别是新世纪以来，在国家促进煤炭行业健康发展政策措施的指导下，煤炭结构调整步伐加快，科技创新能力提高，煤炭清洁高效利用水平提升，煤矿安全生产状况明显好转，煤炭工业的整体面貌发生了巨大变化。

    “首先，结构调整取得新进展。”王显政表示，全国煤矿数量由20世纪80年代的8万多处减至目前的8000处左右，煤矿单井规模由原来的不足3万吨/年提高到50万吨/年以上。截至2016年底，全国建成亿吨级大型煤炭企业6家，产量占全国的30.5%；建成年产120万吨及以上的大型现代化煤矿1200多处，产量占全国的75%以上；建成“有人巡视、无人值守”的智能化开采工作面47个；2016年底，煤炭企业参股、控股电厂权益装机容量1.8亿千瓦；煤炭与新技术、新产业、新业态融合发展步伐加快，初步形成了煤炭开采、电力、煤化工、建材、新能源、现代物流、电子商务、金融服务等多元产业协调发展的新格局。

    其次是科技创新能力显著提升。煤炭资源开发、煤矿重大灾害防治、煤炭高效转化等基础理论研究取得重要进展，大型矿井建设、特厚煤层综放开采、燃煤超低排放发电、高效煤粉型工业锅炉、新型煤化工技术达到国际领先水平，年产2000万吨级大型露天和年产1000万吨级矿井开采成套设备、生态脆弱区地表生态保护关键技术、超大直径深立井建井关键技术及成套装备等技术攻关取得重大突破，煤矿智能化开采技术装备达到国际先进水平。

    三是现代煤化工产业示范取得成效。经过多年的技术研发和工程示范，以煤炭直接液化、间接液化、煤制烯烃、煤制气和煤制乙二醇为代表的一大批现代煤化工示范工程取得成功；建成的神华百万吨煤炭直接液化项目，成为世界首台首套并实现了长周期稳定运行的示范工程；在潞安、伊泰等16万吨煤炭间接液化示范的基础上，神华百万吨、兖矿百万吨和神华宁煤400万吨煤炭间接液化项目相继建成投产；神华包头、中煤榆林、陕煤化渭南等一批煤制烯烃示范工程陆续建成投入运营；新疆伊犁、内蒙古克旗煤制气项目建成投产。2016年，全国建成煤制油、煤制烯烃、煤制乙二醇、煤制气装置产能分别达到750万吨、700万吨、300万吨和31亿立方米；实际产量分别达到200万吨、650万吨、160万吨和15亿立方米。

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