從礦山自動化到數字礦山,再到如今的智慧礦山,數字經濟時代,有關未來礦山建設與實現方式的概念不斷被刷新。伴隨疫情而來的“新基建”熱潮也更加確定了礦業領域轉型升級的主要途徑是大數據、人工智能、云計算、移動互聯等現代信息技術的應用。智能勘探、智慧礦山、礦業物聯網的出現正引領傳統礦業加速向綠色、安全、智能、高效方向發展。

作為冶金采選領域設計與研發的“排頭兵”,中冶北方也乘勢而上,將智慧礦山整體架構與核心技術攻關作為科技創新戰略的重點,緊密結合采礦設計和現場實際需求,從總體方案設計到礦山虛擬現實應用、從基于物聯網的數據采集到大數據的管理應用、從設計數據和項目管理的科研業務建設到智慧礦山數據服務與展現的核心產品開發等多個領域展開了深入研究,取得了一系列具有自主知識產權的產品與核心技術。

全流程再造為礦山賦能

智慧礦山在我國的發展還處于起步階段,在具體的實踐中還沒有真正意義上的成功案例可供借鑒,也沒有建立具體的行業標準。目前國內大多數礦山的升級改造還停留在以自動化設備升級、基礎網絡及通訊設施升級以及井下生產類設備升級為主要內容的初級階段,局部改造雖然可以一定程度上提高生產效率、減少人力成本投入,提高井下生產的安全性,但無異于“頭疼醫頭、腳疼醫腳”,建成的各個子系統沒有接口,成為“孤島”系統,不僅沒有實現礦山效益的提升,而且造成了投資浪費,無法從根本上解決制約行業可持續發展的深層次矛盾。只有把礦山作為一個有機整體,從宏觀上對生產全流程進行再造,打通礦山從源頭到終端各個環節,使其發揮出最大效能,才能打破發展“瓶頸”,使礦山企業平穩度過轉型升級“陣痛期”,這也是建設“智慧礦山”的初衷和目標。

中冶北方建設“智慧礦山”的優勢在于六十余年來在采礦領域積累的先進生產工藝及礦山設計規劃經驗,對礦山企業提供的不間斷技術支持和服務也讓我們充分了解礦山企業在實際生產中的問題與訴求,這使得中冶北方在工藝技術水平、整體規劃設計能力、落地實施能力及業務場景解決能力都走在行業前列,是整合各方優勢資源,牽頭實施智慧礦山建設的“最佳人選”。

智慧礦山頂層設計藍圖

在不斷的探索與實踐中,我們對智慧礦山概念的理解也在持續加深,并提出了中冶北方獨有的智慧礦山建設理念,即以工藝優化、生產管控為核心,通過全流程再造為礦山賦能。全流程覆蓋了生產過程中的點、線、面,“點”是對關鍵設施設備的智能化改造升級、對礦山生產過程重要信息點的智慧化信息采集以及對核心業務單元工藝及管理的智慧化建模,“線”是對生產業務流程的科學梳理、優化,“面”是建立大數據管理平臺,在礦山三維空間模型和虛擬化集成管控平臺上,實現對礦山生產的全流程生產管控和過程數據融合,最終實現為礦山設計、生產、管理、安全等提供優化管理和決策支持。利用信息化這張看不見的“網”,中冶北方的“智慧礦山”方案將大數據、VR、AR、AI等新型技術與采礦、選礦、燒結、球團的生產業務、工藝技術深度融合,使礦山企業的效能得到充分釋放、提升,進而全面提升礦山生產的經濟效益、管理效益、安全效益。

“最強大腦”指揮高效生產

智慧礦山之所以智慧,是因為它的是一個有機整體,通過對大數據的分析讓礦山生產系統了有了類似于人腦的分析決策功能。而讓“大腦”運轉的第一步,就是從頂層設計角度繪制建設藍圖,建立完整的“智慧礦山”規劃設計體系。以智慧礦山建設理念為指導,中冶北方建立的設計體系自下而上分為設備設施改造、智慧信息采集、智慧模型、業務全流程智慧化管控、決策展示五個層級。其中設備設施改造、智慧信息采集、智慧模型為業務全流程智慧化管控提供硬件、軟件支撐和數據支持,決策展示通過三維可視化、移動終端、虛擬現實等手段進行輸出,使礦山生產過程得以虛擬可視化和綜合決策化。

1個平臺7個子系統

在規劃設計體系的框架內,結合目前國內礦山生產遇到的共性問題,中冶北方研發出了包含“1個平臺7個子系統”的智慧礦山“最強大腦”。“1個平臺”指的是智慧礦山管控平臺,是智慧礦山各子系統的基礎架構系統。各子系統的使用用戶、各級用戶的審批權限、各業務的審批流程等基礎信息都在該系統中統一配置,實現生產的標準化、精細化、協同化管理。“7個子系統”包括智慧礦山移動APP 、井下礦地測采生產執行系統、井下礦生產智慧管控系統、井下礦生產3D管控系統、選礦生產管控系統、球團生產管控系統以及露天礦生產管控系統。

智慧礦山移動APP

“智慧礦山移動APP”是智慧礦山管控平臺的移動應用。利用移動互聯技術,實現礦山生產部分基礎業務的移動化數據采集、查看,辦公流程的協同,生產實況的一覽和生產報表的移動管理。

“井下礦地測采生產執行系統”是一套以輔助地質測量、資源估計、儲量計算、采礦設計和采掘進度計劃編制的工具插件系統。通過與“井下礦生產智慧管控系統”和“井下礦生產3D管控系統”的數據共享和交換,實現生產業務的智慧管控,使地質工程師、測量工程師、采礦工程師等礦山技術人員的業務操作和管理更加便捷化、高效化和智能化。

井下礦生產智慧管控系統

“井下礦生產智慧管控系統”是國內首個涵蓋井下礦開采全業務流程的智慧管控系統,涵蓋了井下礦開采從計劃編制、過程管控,到驗收、績效反饋的全業務流程管控,為井下礦生產搭建了一條一體化聯動生產管理路徑。實現從生產管理層到生產執行層自上而下的精準指令下達以及從生產執行層到經營管理層的精確績效反饋。為礦山生產的精準化決策、精細化管理、透明化生產提供有力的支撐,推動井下礦生產管控能力的持續改進,提高生產效益。

井下礦生產3D管控系統

“井下礦生產3D管控系統”以井下礦生產的三維、全景、可視化管控為目標,實時展現井下生產狀態,解決井下礦生產的“黑盒子”問題,實現井下礦的生產信息在同一時空內虛擬環境下的仿真展示、直觀可視化管控,輔助生產的決策和指揮。

“選礦及球團生產管控系統”主要是通過OPC或API對選廠相關基礎控制系統、業務管理系統數據進行采集、存儲、WEB發布,實現對選礦生產數據的遠程、實時,監控,并通過業務功能,實現業務與數據的聯動管控功能。

露天礦生產管控系統

“露天礦生產管控系統”是基于GPS定位和行為分析的露天礦生產調度系統,可應用于智能調度及虛擬采礦,同時為礦山建設提供生產報表、安全在線監測、企業微信等系統。

全面提升礦山綜合效益

中冶北方“智慧礦山”系統通過新建一套高水平的智慧管控系統,實現了全業務流程再造,從而大大提升了礦山的本質化安全,為企業帶來了效率、效益和安全的數量級提升。

在提升經濟效益方面,系統建成后,可實現電機車有軌運輸無人化以及多個車間無人值守,減少現場作業人員30%,提高全員勞動生產率9%;實現智能通風、環水系統平衡優化,可以有效降低能耗3%;通過全業務流程的精細化管理,礦石回采率可提高至87%,廢石混入率可降低至13%,直接提升礦石采出品位約0.5%,年新增精礦產量10%。綜合計算后,可實現年增凈利潤12%以上。

在提升安全效益方面,“智慧礦山”系統可大大提升礦山的本質化安全,主要體現在自動化減人、危險品全過程在線監管、井下環境在線監測、井下機械設備實時管控、井下生產各個工序、流程的有效合理銜接等。智慧管控結合大數據分析可提高事故發生時的快速疏散效率及應對能力,提升風險源的分級能力,提升隱患排查能力。

在提升管理效益方面,依托三維智慧管控系統核心優勢,可為礦山在管理方面帶來質變提升,包括優化地質、測量及采礦工序的工作流程,降低其工作強度,提高工作效率;提升礦山管理人員對井下生產全貌的實時把控能力;提升井巷施工驗收的精細度,做到精準驗收;工作管理便捷化、流程化、規范化;減少生產過程中的數據錄入時間;增強生產過程數據記錄的完整性、真實性和時效性;減少各類生產數據的統計工作量;降低因書面作業失誤造成的損失;生產過程中的所有設計、計劃和數據都可以實時共享和展示;各工序審批流程全部通過計算機在線實現,并且支持手機APP審批,簡單快捷。

在提升人文效益方面,采礦業一直以來被認為是安全風險高、工作環境差的行業。國內礦山企業,別特是一些遠離城市,地處偏僻的礦山企業,常常面臨“招人難、留人更難”的局面。智慧礦山建成后,可大大改善員工的工作環境,提升員工幸福指數,提高員工對企業的歸屬感,更有利于企業培養人才、留住人才,對建設“和諧企業、綠色企業”有著很好的推動作用。

在“智慧礦山”建設領域,中冶北方已經邁出了堅實的第一步,對標更高標準、更高要求,未來還有很長的路要走。我們將繼續踐行冶金鐵前領域技術服務“國家隊”的責任和擔當,積極推動“智慧礦山”項目的落地實施。以工藝、數據、生產模式創新為驅動,以保障業主生產的本質化安全、提升礦山的生產效率為核心,為礦企用戶的效益提升賦能、為行業工藝水平的提升賦能,逐步打造行業級生態服務平臺,與礦山企業攜手共進,開啟互利共贏的新篇章。 (中冶北方 劉召勝)