基于智能矿山建设打造行业标杆的探索与实践

首钢集团有限公司矿业公司

一、基于智能矿山建设打造行业标杆的探索与实践背景

（一）建设智能矿山是行业发展的必然选择

2016年《全国矿产资源规划（2016-2020年）》明确提出加快建设数字化、智能化、信息化、自动化矿山；2017年《安全生产“十三五”规划》要求矿山领域实施“机械化换人，自动化减人”；2018年出台智慧矿山信息系统技术规范，规定智慧矿山信息系统通用技术要求。随着国家政策的导向，科学技术的不断进步，建设智能矿山，推进企业高质量、高效益、安全、绿色发展已经成为行业的共识，是矿山行业抢占发展制高点的必然趋势。

（二）建设智能矿山是矿山企业高质量发展的根本途径

企业高质量发展的核心标志是低成本、可持续。劳动密集型的矿山企业，人工成本在整个生产成本中占比逐年提高，以“无人化”为主线建设智能矿山，实现矿山企业数字化转型，高水平打造信息化环境下新型核心竞争能力，为跃升式发展赋予创新动能，是企业可持续低成本运行、实现高质量发展的根本途径。

（三）建设智能矿山是矿业公司第三次大发展的内生动力

随着马城、马矿、水厂等多个地采矿山的建设及综合利用产业的发展，矿业公司面临着第三次大发展的战略机遇，亟须重点突破矿产资源开发利用、生产产线、工艺工序流程、单体设备、能源管控等方面的智能控制技术。同时，新产业、新产线的投入面临着2000多人的人员缺口。通过建设智能矿山，及时释放现有产线的人力资源，最大限度减少新产线的人员配置，是解决人力资源缺口的急迫需求。

（四）长期实践奠定了智能矿山建设基础

矿业公司多年的数字矿山建设及对外服务，形成了一定的自主研发和系统集成能力，培养了一批作风优良的高技能人才，积累了经验、锻炼了队伍，坚定了信念，厚积了建设智能矿山、实现高质量发展的蓬勃力量。

二、基于智能矿山建设打造行业标杆的内涵和主要做法

内涵：结合矿山行业实际，坚持国际一流、国内领先，以打造行业标杆为愿景，创造性提出智能矿山建设目标、实现途径，确定企业标准，建立推进机制，形成顶层设计；对照智能矿山建设目标、标准，找准智能矿山建设项目，扎实推进智能矿山建设，提高生产效率，践行无人则安，提升本质安全水平；熔炼优势技术及产品，提升行业智能化水平，拓展智能矿山建设成果；在智能矿山建设实践中，打造优秀团队，为持续建设智能矿山提供建设保障。主要做法如下：

（一）顶层设计，搭建智能矿山体系框架

2019年，矿业公司打破专业之间、专业与厂矿之间的界限，在公司范围内成立智能采矿、智能选矿、智能运输三个智能矿山课题研究小组，系统的研究智能矿山标志标准、实现途径，梳理现状，以无人化为主线，全面启动智能矿山建设。经过两年来的探索与实践，智能矿山建设顶层设计及管理体系不断完善。

三大目标：设计智能矿山建设总体目标，即现场无人化、操控集约化、管理智慧化。

四大平台：构建智能矿山四大平台，作为扎实推进智能矿山建设的根本途径，即智能采矿、智能选矿、智能运输、智慧管理。

申办企标：编制智能矿山企业标准36条，并向相关政府部门申请备案，为国内矿山企业发展智能矿山提供目标和基准。

规划蓝图：编制智能矿山建设“十四五”规划及三年行动方案，为中远期智能矿山建设提供了决策依据和指导。

制度机制：制定《智能矿山建设管理制度》，明确智能矿山建设目标、建设原则、职责分工、建设标准、考评管理，建立智能矿山建设职责体系，规范智能矿山建设。

专项推进：对标对表智能矿山建设标准，梳理现状，明确差距和不足，循序渐进，每年形成“智能矿山建设专项方案”，确定具体项目并组织实施。

（二）研发构建四大平台，点、线、网建设高端智能矿山

1.以井下无人、少人为目标，研发构建智能采矿平台

一是研发井下电机车无人驾驶，实现全自主运行。经近两年不断优化提升，杏山电机车由原井下无人驾驶、地面操控，升级为按智能配矿规则自主选择溜井，自动对位、自动装矿、自主控速、自动卸矿，已实现机车全自主运行，取消地表操控。

二是研发移动单体设备，实现远程操控。对杏山1400E铲运机实施远程操控改造，已实现行走、转向、制动、铲斗控制、大臂控制、灯光、喇叭等遥控调试，已投入现场实际运行；1354台车完成穿孔系统平移，仰俯，旋转盘旋转，推进梁延伸定位，钎杆库旋转，凿岩机上旋，下旋，机械手摆动等远程遥控试验；喷浆台车机组少人化控制取得突破性进展，无线遥控器能够实现点火着车，灯光控制、前进后退、转向、刹车制动及转罐动作等。试验成功后，每台可减少井下作业人员4人。

三是研发流程设备无人化，实现集中操控。马城铁矿1#副井提升机由1名监控司机集中监控运行，比传统模式节省司机、信号工58名，对比人工操作，省去了中间联系环节，提高了副井运行效率。实施杏山铁矿副井电梯式自助运行，取消各段面操作人员，乘梯人自助操作，主副井一体化控制，集控中心集中监控，释放现场操控岗位19人。实施杏山-428计量装矿无人值守改造，利用机器视觉技术识别大块、取消现场操作，现场岗位由2人调整为1人/班。实施通风、排水自主经济运行，供电系统集中操控，实施全产线集中操控，优化集控人员。

四是搭建露天采矿智能调度平台，实现一体化操控。以全球卫星定位、无线通信等技术手段，研发矿车智能调度系统，实时监控矿车、电铲的位置及工作状况，自动向矿车、电铲下达作业任务，实现车铲动态配比、自动调度，搭建了可视化、智能化、一体化的露采生产管控平台。

五是实施对标对表，实现系统协同建设。为高水平建设新型地采矿山，针对马城铁矿建设，对照智能矿山建设标准，编制了《智能矿山对标分析表》，明确了对标结论和后期的管控重点及措施，有利于严格按智能矿山建设标准，落实设备选型及工艺配置，高标准组织项目建设。

2.以无人工厂为目标，研发构建智能选矿平台

一是实施现场无人操作。先后实施大石河粗、细破碎机远程控制，由现场岗位操作，改为主控室远程操作，释放现场操作岗位8人；水厂选矿新厂一键启停，实现磨选一键启动，释放现场岗位4人；干排砂圆筒筛远程控制，改由干排主控岗位操作，释放现场操作岗位4人；水厂尾矿无人值守优化升级，实现尾矿区域设备集控室远程控制，释放4名现场操控岗位；水厂新破碎智能监控，在线检测11台破碎机油箱液位、供油压力、进口油温等，实现异常预警，减少现场点检工作量，提高设备状况掌控时效性，释放现场岗位4人；水厂火车自动装车，集成火运装车精度控制系统，自动获取应装车量，自动检测车号，匹配应装车量，自动检测车辆位置，自动控制定量给料机按应装车量一键装车，释放人力资源5人；水厂干选矿自动装车，实现自动叫车、自动指挥对位、自动装料，取消装车岗位，释放人力资源8人；水厂破碎站自动监翻，实现3个破碎站与皮带系统一键启停，自动指挥车辆翻卸，取代现场指挥人员，释放现场岗位17人；水厂、实业公司通过搭建技防系统实现减少固定看护岗位，释放现场人员23人。

二是实施一个产线一个集控中心的集中控制。以“现场无人操作、一键经济启停”为目标，搭建裴庄、二马建材产线一张图操控系统。在取消现场操作的同时，实现按中间仓料位分段自主经济启停，减少人为调控，集成破碎机、除尘器、制砂楼等成套控制系统，避免设置分散控制室，最大限度压减集控人员。

三是实施流程产线自主调控。总结岗位操作规则，摸索调控模型，纳入自动控制，推进流程自主调控。大石河水源智能经济供水，实现全智能自主运行，取消人工操作，释放现场岗位11人；设置峰谷平启停泵水位，实现深井泵按电网时段智能经济运行，降低电价；按末端压力恒压供水，避免浪费出口压力，降低吨水电耗。水厂采区智能排水、生活供水智能运行、杏山井下排水智能运行项目，在取消人为操控、调整的基础上，实现了谷期多运行、峰期少运行的智能经济运行目标。实施二马、裴庄建材产线破碎机稳定给矿控制，有效减轻了集控岗位的劳动强度，破碎机台效提升约17%，避免衬板偏磨，衬板寿命提高15.6%，用电单耗由6.5kWh/t降为5.54kWh/t；裴庄产线依据制砂成品率，智能调节制砂楼给矿量，棒条筛、12#皮带等恒台效控制，均减少了集控岗位调整工作量。

四是实施智能联控，筑牢防风险屏障。大石河磁尾装车工控系统与智能计量联控，释放现场放料岗位4人，实现“非客户车辆不能计量—未经过皮计量不能放料—超设定装载量停止放料—未完成计重系统预警、不可出厂—完成计重关闭放料功能、防止计重后添加”的全销售流程智能管控；杏山、二马、水厂、大石河大采多个门卫纳入门卫管理系统，并与智能计量系统联控，实现非注册车辆进出场预警、客户车辆未计量或未完成计量不得出场、无货车辆出场预警等多项预警及物料品种核实、追溯功能，防风险能力全面提升。汽车仓自助装车项目，与智能计量系统联控，实现了非客户已过空车辆不能装车、物料品种不对应不能装车，规避了装车岗位取消后货物冒领及不计量风险。

3.以“一张图”智能调度为主线，研发构建智能运输平台

（1）研发运输一张图调度系统。2020年，运输部迁安地区运输总量突破5000万吨，相比“十三五”初的2500万吨/年，增幅达100%，面对高运量、快节奏的生产形势，生产组织各环节的不适应性日益突出，运输体系面临四个不够用的问题：一是人不够用，二是车不够用，三是线路不够用，四是调度岗位脑子不够用。为解决上述问题，确定建设运输一张图调度系统，一期项目2021年8月份完成，实现了四大目标：

一是实现单乘制。通过搭建安控系统，实时监控机车周边运行环境；实时掌控机车运行状况，实现接近信号灯、道口、限速区域运行预警等，司乘人员由两人减至一人，释放人力资源40人。

二是调度指令直达机车。系统内下达调度指令后，可直接在机车界面直观显示，为一级调度创造条件。

三是搭建可视化、一体化、实时化运营管控平台。在一张图内，实时掌控所有机车的位置、运行状态、任务、所挂车辆、物料以及站场、道岔、信号、道口等信息。

四是实现运行能力智慧分析。可实时掌控分析铁路运输系统进出车辆、在矿车辆、运量、运行里程、设备状况、能源消耗、成本等情况。

下一步，要围绕以下目标将一张图调度系统升级为智能调度平台。

一是以行车任务自动调控道岔、信号、道口，取消线路设施的人工调控。

二是设置移动闭塞区间，实现跟车运行。即按机车设置闭塞区间，跟随机车进入闭塞区间后自动预警或制动，实现跟车运行，提高线路运力。

三是智能派车、智能调度。在系统内下达综合调度指令，实现自主选择机车、车辆，规划行车路线，安排运行顺序。

四是无人驾驶。完善机车自感知系统，实现自主操控、无人驾驶。

（2）实施附属运输系统集中操控。实施运输35个道口远程集控改造，减少8处有人看管道口，释放人力资源32人；卸车环节，实施翻车机集控改造，实现烧结1#、2#翻车机集中控制，迁钢2#翻车机与解冻库集中控制，释放集控岗位8人；装车环节，通过装车精度管控系统与现场工控系统联控，自动识别车号、下载应装车量、自动对车、定量装车，实现裴庄、水厂火车仓精准自动装车。

（3）实施GK1内燃机车遥控改造。迁钢区域GK1内燃机车用于铁水倒运等工作，原来由乘务员在司机室内操作机车，调车员负责指挥机车进行倒调作业，并负责行车安全。通过无线遥控改造，取消了现场调车员，释放现场作业人员28人；同时，实现乘务员在安全位置操作机车，远离出铁口、铁水翻卸区、鱼雷罐体等高温、高危区域，实现本质安全；在通过特殊点位、高危道口，乘务员在车下徒步引导、遥控操作，确保瞭望视线无死角，减少行车安全隐患。

4.以互联互通、共享协同为引领，研发构建智慧管理平台

（1）横向上，逐个专业系统搭建管理平台

以业务系统内处置、智能预警、智慧分析、辅助决策为目标，建设、完善专业信息系统，搭建数据源唯一、系统间互联、专业间互通、与ERP集成的专业管理平台。

一是建设设备健康管理系统。全面提高设备管理水平，推动设备管理理念和管理方法的变革。第一，实现设备运行参数实时监控，提升了管理精细化水平。目前四个主业厂矿16大类752台套设备的4033个运行参数已实现自动采集、系统内监控、预警，搭建了现场化可视化管理环境，实现设备管控由看表象到观内在的转变；设备状况由周期性点检升级为不间断实时诊断，实现了结果管控向过程监控的跨越。第二，实现设备健康自诊断，提高了管理的智慧化水平。组织创建75个健康评价数学模型，自动分析监测数据、评价健康指数，初步实现了设备状况趋势预测、设备隐患早期预警，提升了预知维修能力。数学模型固化了优秀管理者的经验和量化标准，解决了判断结果因人而异问题，减少了对人的依赖，推进经验型管理向智慧型管理转变。第三，实现多系统集成，搭建了一体化管控平台雏形。系统集成了SAP设备隐患管理、厂矿工控系统，初步形成了互联互通的一体化专业管理平台雏形。第四，丰富管理内涵，扩大管理外延，提升了管理效能。系统在管控设备健康状况的同时，还扩展到设备效率、设备能耗等经济运行领域，也为其他专业提供了信息化支撑。

二是建设智能计量平台。物资计重在远程集中计量管理系统基础上，应用自动识别等技术，研发智能计量系统，实现了无人干预的智能计量。第一，系统勾稽购销订单，并自动归集、核算订单执行情况，超订单量不能派车，规避无订单发货、超订单发货风险，取消了人工核对、归集订单。第二，通过手机APP，实现了客户在系统内、自己的订单下派车，规避了货物冒领、错结风险，取消了手工填制、录入提货单。第三，通过车号识别，自动勾稽客户及订单，通过上磅状态监控、自动计量，形成磅单，取消了人工录入车号、客户及计重，提高过磅效率，规避作弊风险。第四，通过装卸车岗位系统内确认，规避了错装物料、计重后添加、不在指定位置卸货等风险。第五，便捷的报表、分析及预警功能，为客户、司机、生产单位、销售部门等各相关方提供了便利，实现了物流、信息流、资金流三流合一。

三是建设全能源管控系统。涵盖水、电、油、气四部分，分为用电管控、用油管控、用水管理、用气管控四个模块，构建了水、电、油、气全能源费用管控体系，形成了自机台、班组、车间、厂矿至公司的自下而上的能源管控全覆盖。第一，全面整合公司及各单位水、电平衡系统，将水、电、油、气等能源数据实时采集至公司服务器，实现了数据集中化，确保数据不落地。第二，全面优化结算功能，通过优化结算频次、缩小结算单元、输出各类结算报表，结算深度由厂矿延伸至各车间、成本中心和重点机台，满足了精细化结算需求。第三，全面规范能耗、技经指标、能源费数据统计，各类统计报表数据来源以结算数据为准，实现结算与统计的无缝对接，各项能源费用指标按照能源费专项管控方案分类统计，全面规范统计数据。第四，通过智能辅助功能，实现数据异常报警、单耗对比分析，提升分析效率。进一步挖掘能源消耗数据与相关生产技术指标的关系，提升能源费分析智能化水平。

四是建设一体化采购供应管理平台。将管控范围扩大至马城矿业、唐首马矿、化工公司、兴矿实业、首矿建材、首矿建等法人单位，强化集团化管控，构建内部组织流程一体化、管理工作一体化、外部合作一体化的物资采购供应管理体系，实现管理流程从需求计划、供应商、采购组织、合同管理、物资出入库、废旧回收全线贯通，形成集中采购、分权制衡、终身管理的一体化采购供应体系，支撑共享采购渠道、共建采购标准、共赢采购效益。第一，计划管理统一物料编码规则，对一体化采购供应实施单位采购物料纳入集中编码管理，为采购分类寻源、信息管理平台数据归集、库存厂际间调剂、跟踪与回收等管理需求实现奠定基础。实现了“查库存、查消耗、查在途、查未清”计划审核，拓展了采购资金预算管理，强化了过程分析与监控，定期开展评价，优化储备定额，降低总体库存资金占用。第二，采购管理统一供应商准入、开户、评价、淘汰标准，设置供应商准入审查端口，审核通过供应商信息全部录入平台，实现集采、自采供应商资源共享。实现网上招标竞价，系统自动询价、报价和归集报价信息；逐级定价审批意见系统留痕，追溯招标、比价过程更为便捷；采购询价和报价环节实现由人防到技防变革，廉政风险防范水平进一步提高。实现采购价格分级管理，规范采购行为；付款“三统一”，促进采购高效协同。第三，物资供应管理依托成熟的物资终身管理与核算系统，构建一体化采购供应信息管理平台物资供应管理模块，将一体化采购流程订单收货数据下载至物资终身管理与核算系统，并将数据传递至废旧物资管理系统中，实现系统功能整合。物资的入库、储存、使用、回收交旧等，实现全过程信息化管理。第四，数据处理自动化，在业务操作中，自动更新库存数据，库存各项信息一键调取，实现库存的可视化、透明化管理。

五是建设协同办公平台。主要包括统一用户及认证管理、信息门户、流程中心、移动办公、档案管理系统、邮箱系统等核心功能。着重解决办公在集成、协同、移动、效率、安全等方面存在的差距和不足，实现办公更便捷、效率更高、协同性更好、安全性更可靠的目标。第一，构建信息门户，为各个层级用户提供完善的办公门户，满足内部办公综合需求，包括登录前门户、登录后门户、个人门户。第二，构建流程中心，基于工作流，具有配置性强、功能丰富、操作友好等特点，能够快速响应业务需求，实现了公文管理及文件送审签等办理过程的自动化，自动进行流程跟踪、催办、查办。事务审批流程的使用可以固化日常办公过程中的相关制度，使日常工作网络化、规范化，杜绝传统不按照工作流程办事的事情发生。第三，实现移动办公，主要功能包括：消息、新闻、工作、通讯录等模块，实现新闻、通知、公告查看，公文审批、流程发起与审批。第四，档案自动归集管理，流程中心内发文、收文、请示报告等公文流程审核、审批结束后，将表单、附件、正文、流程跟踪等内容自动归档到档案管理系统中，实现档案管理自动化。

（2）纵向上，逐条产线搭建实时监控分析系统

深度融合产线自动化系统，逐产线搭建网络版实施监控及分析系统，实时掌控各产线运行状态，以及产量、设备、质量、消耗、销售、成本等情况，开发实时分析与预警，形成纵向到产线、横向到专业的智能监控、分析能力，提升对产线的可视化、一体化管控能力，为搭建产线集中管控平台奠定基础。一是实现流程量分析，数据来自现场自动采集，实时监控当班、当日、当月各种产品产量、产率及流程输入输出平衡情况，服务生产调控。二是实现能源消耗分析，集成现场及全能源管控系统数据，实时掌控产线当日、当月、上月的电力、柴油消耗及费用情况，监控经济用能。三是实现设备情况分析，集成设备健康管理系统及现场数据，可实时掌控各设备当日、当月的转车时间、台效、作业率、设备健康状况、预警情况，监控设备处于连锁自控、远程手动、现场手动状态的时间。四是产品销售，集成智能计量及产量数据，实时监控当日、当月产品销售情况，比对生产数据，实时掌控库存变化，平衡销售、防控风险。五是成本情况，按主要成本要素监控当日、当月、上月成本情况，其中电费、柴油费来源于全能源管控系统，备件费、材料费、人工费、其他费用来源于ERP系统。目前已完成裴庄、二马产线的开发，进入试运行阶段。

（三）熔炼优势产品，拓展智能矿山建设成果

矿业公司在不断推进智能矿山建设的同时，致力于将应用成熟的产品、技术产品化，服务于矿山行业，助力行业智能化水平提升。井下电机车无人驾驶技术产品，在云南普朗铜矿、紫金矿业等21个矿山得到成功应用；GPS调车系统在赞比亚卢安夏铜矿、海螺集团等国内外29个矿山落地生根；MES、智能计量等信息化系统服务于中色非矿、西部锌业等30余家矿业公司。矿业公司智能矿山建设的理念、方式、方法得到行业认可，先后为西部矿业、华夏建龙等公司提供智能矿山建设整体咨询服务。2020年以来，累计签订对外合同80多个，合同总额突破6亿元。

（四）实施“创新+人才”战略，孕育打造智能矿山精英团队

通过内外部项目的实施，锤炼了一支技术过硬、作风过硬的智能矿山建设团队，代表人物马著被评为全国百姓学习之星、全国机械冶金建材行业工匠、首钢工匠等称号，马著创新工作室被命名为全国机械冶金建材行业示范性创新工作室、北京市级创新工作室、北京市工人先锋号；在2019、2020年度唐山工匠大赛中，自动化团队包揽仪表维护前5名、7人进入前10名，信息化团队斩获APP设计第一名，宋波、满玉宝荣获仪表维护和APP设计“唐山工匠”，提升了矿业公司的行业影响力。近年来，矿业公司自动化信息化专业取得专利5项、著作权16项；“露天转地下高效转型建设大型数字化金属矿山的研究与实践”获国家科技进步二等奖，“高阶段运输在超大规模充填矿山的研究与应用”获冶金矿山协会科技一等奖，“智能远程集中计量管理系统研发与应用”获冶金矿山企业协会三等奖，“露天矿燃油智能管控系统及关键技术研究”获冶金矿山企业协会三等奖；83人取得专业职级的晋升，专业系统中高级以上技术职称人员达到102人。

三、基于智能矿山建设打造行业标杆的探索与实践效果

近两年，矿业公司智能矿山建设累计实施项目超过100个，合计释放现场岗位350余人。智能矿山建设有效缓解了矿业公司人力资源缺口压力，提高了矿业公司生产智能化水平，提升了本质安全水平和风险防控能力，助力矿业公司入围国务院国资委管理标杆企业名单，为行业的智能化发展做出了一定的贡献，取得较好的效益效果。

（一）经济效益

1.释放人力资源效益

近三年来，通过智能矿山专项方案项目实施，累计释放人力资源350余人，按照矿业公司全口径人工费平均16.75万元/年，经济效益超过5860万元。

2.指标、效率提升效益

实施运输一张图、磨球自动化改造、水厂选矿一键启停、破碎自动监翻等项目，在释放人力资源的同时，生产效率提升，能耗等成本下降，累计产生经济效益2880万元。

3.市场推广创造利润

成熟技术产品化，对冶金、煤炭、有色等矿山行业客户提供技术服务，创造利润总额超过1500万元。

4.智能精准管控效益

马城铁矿通过工艺配置管控、智能化项目规划，有效降低人力资源配置。1#副井已经实施完成，减少人员配置58人，3套副井可降低174人，电机车无人驾驶计划实现1人操控2台机车，减少人力资源配置28人，部分铲运机、中深孔台车等设备计划实现1人操控2台设备，减少人力资源配置56人。通风、排水、供电、斜坡道信号指挥、充填、选矿等流程按照现场无人值守进行工艺配置和建设。

（二）管理效益

1.打造智能矿山生态

打造精益化、数字化、智能化“三化融合”企业内核，搭建了智能矿山建设管理体系，明确了业主主责、业务部门主导、专业部门支撑的管理模式，形成智能矿山建设生态体系。

2.提高本质安全水平

实施流程自动化改造、单体设备远程遥控、自主运行，减少井下和现场作业人员，提高本质安全管理水平，降低职业健康风险。

3.助力企业管理能力提升

运用数字化思维提升管理效率，助力矿业公司入围全国国有重点200家管理标杆企业。

（三）社会效益

“副井电梯式自助运行”落实了国家应急管理部推进的“副井提升机机器人替代工程”，为国内首创，处于地采矿山领先水平，具有广泛的应用和推广价值。井下电机车无人驾驶，处于国际一流、国内领先水平，成功应用到国内有色、冶金等矿山企业；GPS智能调车，在国内外煤炭、冶金、有色、水泥等行业推广应用；MES、智能计量等信息化系统服务于多家矿业公司；为行业客户提供智能矿山建设整体咨询服务。2人参加矿山行业标准制定。矿业公司智能矿山建设成果，提升了矿业公司的行业影响力，为矿山行业的智能化水平提升做出了贡献。