侯正敏，文長(zhǎng)遠(yuǎn)

（富蘊(yùn)蒙庫(kù)鐵礦有限責(zé)任公司，新疆 阿勒泰 836100）

1 背景和意義

金屬礦山行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，在我國(guó)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、決勝全面建設(shè)小康社會(huì)的進(jìn)程中，從保障經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的角度看，該行業(yè)在國(guó)家經(jīng)濟(jì)中的地位突出。從2014年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度趨緩，礦產(chǎn)品價(jià)格大起大落。為了適應(yīng)這一形勢(shì)，我國(guó)礦山企業(yè)應(yīng)迅速提高決策和管理的科學(xué)水平，降低企業(yè)開(kāi)采成本，成為礦山企業(yè)生存和發(fā)展的關(guān)鍵。礦山項(xiàng)目的建設(shè)周期長(zhǎng)、建設(shè)前期投資大。其作為專業(yè)性強(qiáng)、高風(fēng)險(xiǎn)、資金技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，與傳統(tǒng)工業(yè)類企業(yè)相比，具有地質(zhì)條件類型復(fù)雜、工藝選擇復(fù)雜、建設(shè)地址不可選擇、建設(shè)內(nèi)容復(fù)雜等特點(diǎn)。因此加強(qiáng)礦山企業(yè)成本管理，對(duì)礦山企業(yè)具有十分重要的意義。

2 智慧礦山

智慧礦山，是針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程或者安全等進(jìn)行主動(dòng)的感知，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)快速的處理，其本質(zhì)上具有安全性和高效性。

2.1 智慧礦山基本構(gòu)架

主要包括三個(gè)部分，首先是智慧生產(chǎn)系統(tǒng)，其次是智慧職業(yè)健康與安全系統(tǒng)，最后是智慧技術(shù)與后勤保障系統(tǒng)。

2.2 智慧礦山的主要特點(diǎn)

①“無(wú)人”是智慧礦山的最高形式。無(wú)人是智慧礦山最為顯著的標(biāo)志，主要體現(xiàn)在礦山的采礦、掘進(jìn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，以及危險(xiǎn)場(chǎng)所的作業(yè)過(guò)程中，所有的工作都通過(guò)智能化的形式在機(jī)器人或者設(shè)備操作之中完成。②智慧礦山建設(shè)的階段性。智慧礦山的建設(shè)和發(fā)展體現(xiàn)階段性的基本特征：首先是單個(gè)系統(tǒng)的智能化，也就是所謂的“點(diǎn)”。其次，是實(shí)現(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)的智能化，并在此基礎(chǔ)上完成系統(tǒng)集成，也就是所謂的“面”。第三，主要針對(duì)的是礦井地下的生產(chǎn)活動(dòng)，真正實(shí)現(xiàn)礦井作業(yè)的無(wú)人。第四，實(shí)現(xiàn)“礦區(qū)系統(tǒng)的無(wú)人”。實(shí)現(xiàn)包括礦井生產(chǎn)、安全、選別、運(yùn)輸?shù)鹊V區(qū)一級(jí)系統(tǒng)無(wú)人作業(yè)。

3 建設(shè)智慧礦山實(shí)現(xiàn)成本控制

智慧礦山建設(shè)應(yīng)根據(jù)國(guó)家有關(guān)方針政策和以信息化帶動(dòng)工業(yè)化的戰(zhàn)略部署，以提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，以企業(yè)管理創(chuàng)新和流程再造為核心。智慧礦山建設(shè)本著落實(shí)有關(guān)礦山安全的各項(xiàng)規(guī)范要求，規(guī)范管理，減少井下作業(yè)人員，改善作業(yè)環(huán)境，提高本質(zhì)安全為原則。本文選取一座年生產(chǎn)能力400萬(wàn)t/a的鐵礦山，其開(kāi)拓系統(tǒng)為豎井-平硐-斜坡道，采礦方法為無(wú)底柱分段崩落法，通過(guò)建設(shè)若干單個(gè)智慧系統(tǒng)對(duì)比分析成本。

3.1 通風(fēng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

（1）建設(shè)內(nèi)容。①在配電柜旁邊放一個(gè)小型PLC控制箱，控制箱中放有網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，將風(fēng)機(jī)信號(hào)接入風(fēng)機(jī)控制箱中最終反饋至PLC控制系統(tǒng)。②建立通風(fēng)三維可視化模型，通過(guò)Ventism三維通風(fēng)仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通風(fēng)解算和礦井風(fēng)流動(dòng)態(tài)模擬；采集風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度，實(shí)時(shí)采集井下風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合各個(gè)工序時(shí)段的需風(fēng)情況及自然風(fēng)壓對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的影響，對(duì)變頻風(fēng)機(jī)控制進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，實(shí)現(xiàn)礦山通風(fēng)的整體優(yōu)化和按需通風(fēng)。

（2）預(yù)期效果。該系統(tǒng)的應(yīng)用主要在于自動(dòng)化減人，降低人工成本；按需供風(fēng)節(jié)約能源消耗?？蓽p少約7人，員工工資按10萬(wàn)元/年，每年可節(jié)省70萬(wàn)元。能耗：風(fēng)機(jī)裝機(jī)總功率約為1220kw，年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)取5500小時(shí)，年耗電量為671x104kWh，電價(jià)0.525元/kWh，即每年風(fēng)機(jī)電費(fèi)為352.275萬(wàn)元。智能通風(fēng)后風(fēng)機(jī)節(jié)能約15%，即每年可以節(jié)省52.84萬(wàn)元。綜上，成本節(jié)省122.84萬(wàn)元/年。

3.2 電機(jī)車無(wú)人駕駛系統(tǒng)

（1）建設(shè)內(nèi)容。在中段運(yùn)輸水平覆蓋無(wú)線網(wǎng)絡(luò)；對(duì)電機(jī)車安裝遠(yuǎn)程控制、視頻監(jiān)視和定位系統(tǒng)；對(duì)放礦溜井安裝遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控系統(tǒng)；地面控制室安裝機(jī)車遠(yuǎn)程操作臺(tái)和監(jiān)視系統(tǒng)；地面與井下設(shè)備間采用光纜及電纜連接。

（2）實(shí)現(xiàn)內(nèi)容。①地面控制臺(tái)遙控、軟件自動(dòng)駕駛和遙控器100m內(nèi)遙控，將司機(jī)和放礦工合并為一人。隨著井下工藝優(yōu)化，逐漸實(shí)現(xiàn)井下無(wú)人作業(yè)。進(jìn)而完成國(guó)家安監(jiān)總局文件要求，實(shí)現(xiàn)高危作業(yè)場(chǎng)所作業(yè)人員減少30%以上的指令。②裝礦作業(yè)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)控制放礦機(jī)，遙控控制機(jī)車對(duì)位，提高作業(yè)效率30%以上。采用電機(jī)車無(wú)人駕駛系統(tǒng)后的人員變動(dòng)情況：

表1 人員變動(dòng)情況

與傳統(tǒng)配置相比，采用電機(jī)車無(wú)人駕駛系統(tǒng)后可以減員21人，員工工資為10萬(wàn)元/年，每年可節(jié)省210萬(wàn)元。

3.3 采掘計(jì)劃優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)

①建設(shè)內(nèi)容。基于Auto CAD平臺(tái)，采用Surpac、Datamine等軟件實(shí)現(xiàn)礦體建模和資源管理，實(shí)現(xiàn)三維地質(zhì)模型的動(dòng)態(tài)更新、生產(chǎn)方案優(yōu)選和采礦模擬顯示等功能。進(jìn)行采準(zhǔn)設(shè)計(jì)、爆破設(shè)計(jì)、出礦設(shè)計(jì)和計(jì)劃編制等，編制合理科學(xué)的生產(chǎn)計(jì)劃，最終達(dá)到降低礦山生產(chǎn)成本和提升工作效率。②預(yù)期效果。采用采掘計(jì)劃優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)后的人員變動(dòng)情況：

表2 人員變動(dòng)情況

與傳統(tǒng)礦山相比，采用采掘計(jì)劃優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)后可以減少專技術(shù)人員5人，員工工資為10萬(wàn)元/年，每年可節(jié)省50萬(wàn)元。同時(shí)采準(zhǔn)工程量減少約10%。生產(chǎn)規(guī)模400萬(wàn)t/a的礦山，采準(zhǔn)量約8000米/年，約節(jié)省采準(zhǔn)費(fèi)用432萬(wàn)元/年。

4 結(jié)論

建設(shè)智慧礦山，可以優(yōu)化礦山的生產(chǎn)成本，同時(shí)提高生產(chǎn)效率，采用通風(fēng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、電機(jī)車無(wú)人駕駛系統(tǒng)和采掘計(jì)劃優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)后，每年可降低生產(chǎn)費(fèi)用約814.84萬(wàn)元，單位原礦生產(chǎn)成本可以降低約2.04元/t。