柳小波-智慧礦山：革新礦業的實踐與展望.pdf

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1、智慧礦山：革新礦業的實踐與展望2024年08月15日北京科技大學 礦產研究院柳小波 教授匯 報 內 容智慧礦山建設的必然性0102智慧礦山建設路徑思考03 智 慧 礦 山 實 踐 案 例04 智 慧 礦 山 未 來 展 望一一、智慧礦山建設的必然性智慧礦山建設的必然性 （一）國內大市場 逐步形成2023年7月24日中央政治局會議進一步強調了促進數字經濟與實體經濟深度融合的戰略導向：“推動數字經濟與先進制造業、現代服務業深度融合，促進人工智能安全發展?！苯鼛啄陻底纸洕l展迅速2016年至2022年年均復合增長2022年數字經濟規模已達同比名義增長10.3%相當于第二產業占國民經濟的比重占比高達（

2、一）國內大市場逐步形成從宏觀層面看，數字經濟深刻重塑國內經濟格局?；ヂ摼W、大數據、云計算、人工智能、區塊鏈等數字技術是第四次科技革命的核心內容和標志性成果，已成為當前和未來生產方式、生活方式和治理方式變革的關鍵性驅動力量，已成為重組資源要素、重塑經濟結構、重構競爭格局的重要手段。智慧教育智慧金融智慧醫療智慧工廠未來所有產業都離不開數字技術支撐，所有產業都會體現為數字經濟形態。（二）顛覆傳統生產生活模式一一、智慧礦山建設的必然性智慧礦山建設的必然性從工業領域看，數字經濟推動智能制造融合發展作為數字經濟的核心驅動力的人工智能技術，與物聯網、云計算和大數據技術深度融合，構建人網物的互聯體系和泛在的智

3、能信息網絡，推動人工智能向自主學習、人機協同增強智能和基于網絡的群體智能方向發展。這也在改變制造業發展模式和產業生態。最近，從生成式人工智能ChatGPT的誕生，可以看出人工智能在向各個領域廣泛滲透，應用場景日趨多元化，必將催生智能制造的新模式新業態。機械手解魔方人工智能對話AI繪畫一一、智慧礦山建設的必然性智慧礦山建設的必然性從冶金礦山行業看，數字經濟賦能傳統產業轉型升級 我國是全球礦產資源生產和消費第一大國，在世界礦業市場上具有重要的影響力。但在新階段新形勢下還面臨諸多挑戰：（一）資源保障能力不足 對外依存度超過40%天然氣嚴重威脅產業經濟安全對外依存度超過70%對外依存度80%對外依存度

4、超過75%原油鐵礦石銅精礦目前我國有14種礦產對外依存度接近或超過50%。一一、智慧礦山建設的必然性智慧礦山建設的必然性（二）資源開發利用率低（三）產業集中度低 缺少具有國際競爭力的大型礦業集團鐵礦為例資源稟賦差雖然國內資源總量豐富開發利用工程技術復雜綜合利用難度大開發利用率低一一、智慧礦山建設的必然性智慧礦山建設的必然性（五）環保壓力巨大（四）安全問題依然突出 煤礦安全事故 非煤礦安全事故 2022年數據事故數人數一、智慧礦山建設的必然性地質災害環境污染土地占損環境性疾病礦山開采導致制約礦業可持續發展 破解這些發展難題，需要堅持智慧化的發展思路，推動資源開發方式深刻變革，加快礦山數字化、網絡

5、化、智能化進程，實現集約、高效、可持續發展。礦山建設一一、智慧礦山建設的必然性智慧礦山建設的必然性匯 報 內 容智慧礦山建設的必然性0102智慧礦山建設路徑思考03 智 慧 礦 山 實 踐 案 例04 智 慧 礦 山 未 來 展 望*二二、智慧礦山建設路徑思考、智慧礦山建設路徑思考（一）數字礦山、智能礦山、智慧礦山概念區分 我國的礦山建設分別經歷了機械化、自動化、信息化、數字化和智能化等階段，目前正處于數字化向智能化的過渡階段。發展過程中，逐步產生“數字礦山”、“智能礦山”和“智慧礦山”等概念。我國礦山建設經歷的不同階段我國礦山建設經歷的不同階段*二二、智慧礦山建設路徑思考、智慧礦山建設路徑思

6、考（一）數字礦山、智能礦山、智慧礦山概念區分n 數字礦山 吳立新教授認為：數字礦山是對真實礦山整體及相關現象的統一認識與數字化再現，是一個硅質礦山，是數字礦區和數字中國的一個重要組成部分。孫豁然教授認為：“數字礦山是以計算機及其網絡為手段，把礦山的所有空間和有用屬性數據實現數字化存儲、傳輸、表述和深加工，應用于各個生產環節與管理和決策之中，以達到生產方案優化、管理高效和決策科學化的目的。*二二、智慧礦山建設路徑思考、智慧礦山建設路徑思考（一）數字礦山、智能礦山、智慧礦山概念區分n 智能礦山 自然資源部智能礦山建設規范：“在地質測量、資源管理、采礦生產、選礦加工、運輸倉儲等方面實現數字化、信息化

7、、智能化管控的現代化礦山”，指出智能礦山建設應包括基礎設施、資源管理、采礦、選礦、生態環境保護、礦山大數據應用與智能決策，具有系統性、全面性和技術指導性。戰凱教授認為：智能礦山是采用人工智能、工業互聯網、新一代通信技術、大數據、區塊鏈、邊緣計算、精確定位與導航、虛擬現實等智能技術和信息化技術，深化改造并重塑礦山采、選、冶等核心生產環節，實現礦山全鏈條的智能化與協同化，從而達到礦山經營處于高效、安全、綠色、和諧及經濟效益最優的目標。*二二、智慧礦山建設路徑思考、智慧礦山建設路徑思考（一）數字礦山、智能礦山、智慧礦山概念區分n 智慧礦山 王國法院士認為：智慧礦山是基于現代智慧理念，將物聯網、云計算

8、、大數據、人工智能、自動控制、移動互聯網、機器人化裝備等與現代礦山開發技術融合，形成礦山感知、互聯、分析、自學習、預測、決策、控制的完整智能系統，實現礦井開拓、采掘、運通、洗選、安全保障、生態保護、生產管理等全過程智能化運行。國家標準智慧礦山信息系統通用技術規范：基于空間和時間的四維地理信息、泛在網、云計算、大數據、虛擬化、計算機軟件及各種網絡，集成應用各類傳感感知、數據通信、自動控制、智能決策等技術，對礦山信息化、工業自動化深度融合，能夠完成礦山企業所有信息的精準適時采集、高可靠網絡化傳輸、規范化信息集成、實時可視化展現、生產環節自動化運行，能為各類決策提供智能化服務的數字化智慧體，并對人一

9、機一環的隱患、故障和危險源提前預知和防治，使整個礦山具有自我學習、分析和決策能力。邵安林院士認為：智慧礦山不能簡單地把它理解為信息化或智能化，而是遵循系統工程理論，利用現代信息技術和已知知識應對未知變化，實現對礦山生產經營主動感知，統籌優化各種資源，在符合礦山安全生產、環境保護要求的前提下，實現礦山資源利用效率與經濟社會效益自主動態平衡的先進礦山發展模式。最終是以實現礦山數字化開采、無人化操作、云數據共享、大數據分析、智能化調度和智慧化決策為主要目標，通過智能化關鍵技術實現全流程的優化，進行有效的礦山資源配置，進而達到礦山安全開采、智慧開采、降耗增效、環境保護、生態和諧的目的。*二二、智慧礦山

10、建設路徑思考、智慧礦山建設路徑思考單機或局部的信息管理資源整合與數據共享生產裝備和流程的智能應用 智能礦山：側重于設備、流程、工序的智能化。智慧礦山：是智能化的更高維度，側重于工藝、技術、體制、機制、管理的全面創新，表現為全要素和全流程的自反饋、自適應、自決策，最終實現無人礦山。共同目標：實現礦山的本質安全、高效生產和綠色低碳。（一）數字礦山、智能礦山、智慧礦山概念區分*環境保護要求安全生產要求遵循系統工程理論先進發展模式智慧礦山自主動態平衡單體最優全局最佳工序協同全程可控物聯網人工智能云計算大數據企業發展戰略企業管理方式與傳統礦山相比，智慧礦山具有更長遠的戰略考量、更系統的管理思維、更快捷的

11、反應能力、更深入的智能化特點。必須將企業發展戰略、先進科學技術、管理方式以及新一代信息技術緊密結合，整體謀劃、統籌推進。二二、智慧礦山建設路徑思考、智慧礦山建設路徑思考（一）數字礦山、智能礦山、智慧礦山概念區分*（二）從戰略層面要做到“四個注重”系統思維協同創新本質安全頂層設計基礎數據采集過程控制系統生產執行系統決策企業資源數字化礦山智慧礦山傳統的數字化礦山規劃方式往往是自下而上，由生產過程的數字化，逐漸歸納整理完善滿足管理需求。智慧礦山的規劃應是自上而下，從系統建立到數據挖掘、數據推送、數據追蹤，再到過程控制，形成完整的設計鏈，進而形成完整解決方案。自下而上自上而下二二、智慧礦山建設路徑思考

12、、智慧礦山建設路徑思考*（二）從戰略層面要做到“四個注重”系統思維協同創新本質安全頂層設計要樹立系統觀和整體觀，從“大礦業”整體角度出發，將礦山的各個環節視為一個有機的整體，按照大系統的處理方法進行優化，實現整體價值最大化。全流程智能控制系統訂單信息按需排產采集工廠數據生產排程驅動智能設備動態 庫存準時化生產分類分揀收貨完工發貨運輸生產進度追蹤追溯過程控制個性化需求入庫控制自動分儲二二、智慧礦山建設路徑思考、智慧礦山建設路徑思考*（二）從戰略層面要做到“四個注重”系統思維協同創新本質安全頂層設計要整合礦山、信息技術等行業領域的產、學、研、用技術力量，開展全面深入的智慧礦山關鍵技術研究和應用示范

13、推廣，力爭形成動態、協調、優化的智慧化礦山整體環境。二二、智慧礦山建設路徑思考、智慧礦山建設路徑思考*機制（二）從戰略層面要做到“四個注重”系統思維協同創新本質安全頂層設計機料法環本質安全人智能技術數據整合能力預測規劃能力將危險作業崗位轉為無人崗位手段實時監測和預警智能調度和管理聯動應急響應數據分析和優化從根源上防范礦山生產中的各類安全風險二二、智慧礦山建設路徑思考、智慧礦山建設路徑思考*（三）從管理層面要抓好“四個環節”二二、智慧礦山建設路徑思考、智慧礦山建設路徑思考重點依托工業互聯網平臺和智能制造技術，從智慧感知、智慧生產、智慧決策、智慧服務四個關鍵環節入手，形成完整的智能化高效運營管理體

14、系。*（三）從管理層面要抓好“四個環節”智慧感知：運用5G、高精度智能傳感器等新型技術，構建龐大的基礎網絡體系，實現對關鍵過程參量的在線快速檢測，對關鍵設備實現數據實時采集，對整個生產流程、管理要素、實現全面覆蓋、精準感知。智慧生產：從全局最優角度出發，將物質轉化機理與裝備運行信息進行深度融合，構建過程價值鏈數學模型，建設全價值鏈管控平臺，系統協調各部分操作，實現物質流、能量流、信息流、資金流四流聯動，信息共享、協同優化。二二、智慧礦山建設路徑思考、智慧礦山建設路徑思考*（三）從管理層面要抓好“四個環節”智慧決策：通過建立數據分析模型和決策支持模型，利用數據倉庫技術、數據挖掘技術，實現生產運行

15、與采購銷售高度關聯，產品生產與市場需求緊密銜接，保證企業科學決策。智慧服務：通過建立基于“端-網-云”的工業互聯網平臺，泛在連接并整合各種數據資源，規范數據標準，促進跨領域的協同互動，實現產業資源的開放共享和高效配置，為同行業信息化專項需求提供服務。二二、智慧礦山建設路徑思考、智慧礦山建設路徑思考*（四）在技術層面要抓好“工藝智能協同創新”工藝技術創新是智慧礦山建設的前提和基礎。按照礦業科技與裝備的智能化發展趨勢，未來智慧礦山工藝技術升級應重點把握好以下幾個方向：一是深部采礦技術。首先針對深部礦床的高溫高應力等特定開采環境，以及復雜的水文地質條件，推進深部開采智能化技術研究，努力實現安全、高效

16、、經濟開采。然后針對地下開采過程中采區頂板冒落、高應力巖爆、巖移與地表塌陷等難題，開展地壓災害智能防控技術研究，實現開采過程災害的精準預測與防治。采區頂板冒落高應力巖爆巖移地表塌陷深部采礦技術開展地壓災害智能防控技術研究，實現開采過程災害的精準預測與防治二二、智慧礦山建設路徑思考、智慧礦山建設路徑思考*（四）在技術層面要抓好“工藝智能協同創新”二是高效選礦技術。在工藝方面，重點開展短流程選礦、復合選礦與選冶聯合工藝、新型選礦藥劑等前沿技術的研究及應用，引領新的選礦技術革命。在裝備方面，由于我國大型選礦裝備的自主研發、系統集成能力較差，產業化制造能力較弱，所以要加快選礦廠集成化、智能化控制系統、

17、信息化與自動化融合等技術的自主研發，不斷提升選礦全流程自動控制和信息化管理水平。高效選礦技術二二、智慧礦山建設路徑思考、智慧礦山建設路徑思考*（四）在技術層面要抓好“工藝智能協同創新”三是綠色低碳技術。加快基于全系統優化、全過程周期管控的綠色智能制造理論和關鍵技術研究。重點開展好礦山無廢無擾動開采工藝、低成本充填采礦、伴生礦有用組分的回收利用等技術研究。加快研發推廣先進的節能低碳技術。重點是深度脫碳的氫還原、非高爐冶煉、碳捕集利用等成本低、效益高、減排效果明顯且安全可靠，具有推廣前景低碳、零碳和負碳技術。綠色低碳技術氫還原冶煉非高爐冶煉CO2捕集利用無廢無擾動開采二二、智慧礦山建設路徑思考、智

18、慧礦山建設路徑思考匯 報 內 容智慧礦山建設的必然性0102智慧礦山建設路徑思考03 智 慧 礦 山 實 踐 案 例04 智 慧 礦 山 未 來 展 望*三三、智慧礦山實踐案例、智慧礦山實踐案例（一）礦山簡介以鞍鋼礦業齊大山露天礦為例 鞍鋼礦業是我國掌控鐵礦石資源最多、產量規模最大，具有完整產業鏈的冶金礦山龍頭企業?，F具備2.3億噸以上采剝總量、年產鐵精礦1800萬噸的生產能力。公司擁有七座大型鐵礦山、六個大型選礦廠和眾多輔料礦山。齊大山鐵礦具備鐵礦石生產能力1700萬t/a，是鞍鋼礦業主要鐵礦石生產基地，是亞洲大型冶金露天礦山之一。以齊大山鐵礦為建設基地，開展全流程智能安全開采關鍵技術研究與

19、應用，勢必全面提升鐵礦開采效率，提升鞍鋼礦業產品競爭力，對降低我國鐵礦石對外依存度，保障我國鋼鐵行業健康穩定發展具有重要意義。*三三、智慧礦山實踐案例、智慧礦山實踐案例（二）總體規劃以鞍鋼礦業齊大山露天礦為例為了攻克上述難題：創立“全流程規劃多工序智能多場景聯動”的露天智能開采模式，實現了全流程智能開采關鍵技術突破，首次實現了大型露天鐵礦全流程安全智能開采。解決途徑最終成果大型金屬露天礦智能開采面臨三大難題：1工序環節多，流程長，系統規劃難2生產環境差，感知少，系統智能難3管理層級多，設備雜，系統協同難存在問題1、全流程智能安全開采總體架構研究2、開采多工序智能感知、智能規劃和智能控制方法研究

20、3、多場景的智能安全應用研究*三三、智慧礦山實踐案例、智慧礦山實踐案例（三）實施路徑以鞍鋼礦業齊大山露天礦為例大型金屬露天礦全流程智能安全開采框架l 統一的通信網絡平臺l 統一的數據資源平臺 l 統一的應用集成平臺三大平臺l 儀器儀表層l 監測監控層l 執行控制層l 管理層l 三維地學板塊l 執行控制板塊l 管理板塊l 解析優化支持板塊四大層次四大板塊1、建立露天礦智能礦山總體架構及五大生產環節全流程智能安全開采框架大型金屬露天礦智能開采總體架構*三三、智慧礦山實踐案例、智慧礦山實踐案例（三）實施路徑以鞍鋼礦業齊大山露天礦為例研發了露天礦多環節智能開采感知-決策-控制一體化技術，制定了復雜環境

21、系統化感知策略，形成了全流程開采智能規劃方法，開發了典型裝備智能控制技術。2、研發大型金屬露天礦多工序智能化技術 露天礦開采的智能感知技術設備自身、設備運行環境和多源融合感知 露天礦開采的智能決策技術路徑規劃、行為決策、動作規劃 露天礦開采的智能控制技術標準化、模塊化、可配置、軟硬一體核心控制*三三、智慧礦山實踐案例、智慧礦山實踐案例（三）實施路徑以鞍鋼礦業齊大山露天礦為例集成建構穿孔、爆破、鏟裝、運排全流程系統，研發了露天礦智能開采系列技術，開發了多場景協同聯動智能化開采應用，實現了露天礦多環節、多場景的智能安全生產，綜合優化人力資源588人。3、開展多場景協同聯動智能化開采實踐鉆機遙控系統

22、卡車安全輔助駕駛系統基于場景與運行速度相結合的近距離防碰撞預警方法，并實現自動剎車控制?；陔娮訃鷻诘臋C車信號智能識別算法，針對機車的工業短距無線通信。齒尖智能識別機車安全輔助駕駛系統爆破效果評價有軌運輸環節無軌運輸環節*（三）實施路徑三三、智慧礦山實踐案例、智慧礦山實踐案例以鞍鋼礦業齊大山露天礦為例4.建立“全流程規劃多工序智能多場景聯動”露天全流程智能開采模式 打造了智能開采生產平臺，打破了齊大山礦智能開采各環節協同壁壘，建成了ROC遠程生產管控中心，提高了生產管理效率，走出了冶金礦山行業高質量發展新道路。建立了露天全流程智能開采模式，構建了智慧生產、智慧安全、智慧保障、智慧運營等中心，重

23、塑現有礦山生產管理流程。建成了亞洲最大智能露天鐵礦示范基地，成為冶金礦山行業全流程智能開采應用示范標桿。信息全面采集管控高度智能生產安全高效生態綠色可持續著眼工藝優化展開四化升級1規劃級2規范級3集成級5引領級優化級4智能制造能力成熟度模型建設智慧采礦達到四級（優化級）國內領先國際先進工業互聯網平臺 智慧保障與運營中心 智慧生產中心 智慧安全中心 智慧保障與運營中心云網邊端一平臺 +N中心*三三、智慧礦山實踐案例、智慧礦山實踐案例（四）實施效果榮獲獎項殊榮1：融合創新應用典型案例獎殊榮2：榮獲工信部獎項入選工信部，2022年度工業互聯網平臺創新領航應用案例入選工信部，2022年度智能制造優秀場

24、景匯 報 內 容智慧礦山建設的必然性0102智慧礦山建設路徑思考03 智 慧 礦 山 實 踐 案 例04 智 慧 礦 山 未 來 展 望*四、四、智慧礦山的未來展望智慧礦山的未來展望企業層面隨著礦山行業與5G通信、工業互聯網、大數據和人工智能等新技術的深度融合，我國的礦山企業建設將會逐漸從數字化走向智能化，最終實現智慧化。其最終發展階段可以總結為以下幾點。高度智能的無人生產高效智慧的運營管控高級可靠的安全保障生態和諧的綠色礦山采場內部將實現全面無人化，所有的鉆孔、裝藥、爆破、鏟裝和運輸過程由機器設備自動運行。礦山的所有數據匯聚到數字孿生模型上，以便實現礦山全生命周期的智能化決策和管理。通過實時

25、監測和預警等手段，從根源上防范礦山生產中的各類安全風險，保障本質安全。采用低碳的電動裝備，構建“礦山智能微電網”，減少對環境的影響和污染，實現零碳礦山。*四、四、智慧礦山的未來展望智慧礦山的未來展望原料采購 設備供應生產服務材料供應物流運輸信息服務政策要素人才要素環境要素需求要素技術要素資本要素大數據支撐 網絡化共享智能化協作優勢產業聚合產業鏈上下游多種產業集中人才技術資本多種要素在行業層面，礦山發展也必將打破企業和領域的界限，逐步向智慧礦業轉變，最終形成標準統一、資源集中、服務共享、產業協同的智慧礦業生態圈。行業層面*四、四、智慧礦山的未來展望智慧礦山的未來展望當前，我國礦產資源行業正處在高

26、質量發展開局起步的關鍵時期，挑戰與當前，我國礦產資源行業正處在高質量發展開局起步的關鍵時期，挑戰與機遇并存，轉型與發展并行。智慧礦山建設是大勢所趨，亟需持續科技攻關、機遇并存，轉型與發展并行。智慧礦山建設是大勢所趨，亟需持續科技攻關、突破關鍵技術瓶頸、自主研發核心裝備，保障我國礦產資源安全。譜寫礦業高突破關鍵技術瓶頸、自主研發核心裝備，保障我國礦產資源安全。譜寫礦業高質量發展的新篇章，任重而道遠，行業全體同仁要緊緊抓住新時期礦業發展新質量發展的新篇章，任重而道遠，行業全體同仁要緊緊抓住新時期礦業發展新機遇，攜手同心、砥礪奮斗，助力中國式現代化早日實現。機遇，攜手同心、砥礪奮斗，助力中國式現代化早日實現。