数字化矿山建设中精细化采矿技术研究

李 健

(贵州省黔西市应急管理局，贵州 黔西 551500)

0 引 言

现阶段我国矿山建设存在的普遍问题是精细化采矿技术应用水平不一致的问题，如果矿山资源量大且经济效益与社会效益较好的话则精细化采矿技术的应用水平较高，矿山建设速度较快，且呈现信息性、科学性和系统性等特点，矿山规模不断扩大，而规模较小且矿山资源量较小的矿山在技术应用上受到一定限制，受资金投入力度不足的影响，矿山数字化建设水平通常达不到相关标准。矿山规模和资源量的巨大差异是精细化采矿技术应用的主要影响因素，为减少相关因素对该技术应用效果的影响需要进一步探索，以实现数字化矿山建设收益的最大化，促进我国矿山事业的健康发展。

1 现阶段我国数字化矿山建设的发展现状

数字化矿山建设是国家发展的必然趋势，也是矿山企业实现转型与升级的必然要求，随着科学技术在矿山建设中的应用，我国数字化矿山建设工作的发展现状主要表现在以下几个方面。

1.1 成立领导小组，更新管理模式

目前我国多数矿山企业相应地改变了自身的管理模式，在数字化矿山建设过程中顺应时代发展潮流，管理模式有所创新，多数企业成立专业的领导小组，健全相应的管理部门，加大资金的投入力度，将安全生产作为重点工作内容之一，提高了采矿工作的安全性。同时，引进先进的数据传输技术，例如千兆工业以太网，完善信息传输管理体系，建立信息调度中心，配备专业的硬件设施和软件系统，以保证储存数据的完整性与真实性，其中信息管理软件应用较为广泛的是三维可视化软件。此外，充分发挥传感器在安全生产环节中的重要作用，完成了矿山建设的基础数字化。

1.2 建立数字化矿山平台

安全生产一直是矿山产业中人们关注的热点问题，而数字化矿山平台的建设大大降低了安全事故的发生频率，为一线工人提供了安全的工作环境。数字化矿山平台的应用将分散的安全管理工作集中化，并逐渐向信息化方向发展，实现了对一线采矿工作的实时监控，同时，还可以通过软件系统对相关风险因素进行预测，从而实现局部的远程控制。目前资源量多的矿山企业还能很好的运用矿井三维模拟技术，这为矿山安全建设的发展奠定了良好的基础。

1.3 数字化矿山平台的实质性作用发挥

虽然大部分矿山企业建立了数字化矿山平台，但受各种因素的影响往往导致该平台的应用程度不高，使得数字化矿山建设受到了严重的阻碍。首先，矿山企业的调度工作人员对数字化矿山平台的应用不够重视，在日常工作过程中不会密切的关注平台所显示的信息，而是由工程师站进行远程监控，这就大大降低了工作效率，同时还不利于信息传递的有效性和完整性。其次，工程师站工作量较大，所有单个工作环节的远程监控都是由工程师站来完成的，但在管理的过程中往往没有严格按照相关规定控制相关流程，工作流程没有达到最优化，从而导致生产效率低下。最后，没有充分发挥大数据在矿山生产过程中的重要作用，大部分矿山企业在应用数字化矿山平台的过程中没有深入挖掘相关数据，而简单的数据分析则不利于精细化采矿技术的广泛应用。此外，对地质灾害和相关风险预测等方面的工作研究还不到位，缺少报警联动的设置，从而使得矿山工作面对自然灾害的防御能力不高，同时还缺少节能降耗相关工作的研究和深入，与国家可持续发展总战略相悖，不利于矿山事业的可持续发展。

2 数字化矿山建设中存在的问题

2.1 对数字化矿山平台重视程度不高

现阶段我国部分矿山企业的管理人员和领导还没有意识到数字化矿山平台对于矿山建设的重要意义，即使装备了平台也无法将平台应用到实际工作当中，而部分矿山企业虽然意识到了该平台的重要性，但没有对相关业务应用范围和工作人员的职责进行明确的划分。与此同时，由于该系统所涉及到的业务范围比较广泛，庞大的数据系统导致数字化矿山平台无法真正的应用到矿山生产工作当中，使得工作人员仍然采用传统的工作模式，使用原有单机监控平台对采矿工作和生产环节进行管理。

2.2 传感器智能化程度不高

采矿工作一般在井下开展，主要通过传感器实现与地面的沟通，但目前我国部分矿山企业还不具备智能化的传感器设备，传感器性能不高导致井下作业的抗干扰功能较差，出现信息传递错误等问题。同时，远程控制系统的应用程度不高也是现阶段矿山建设中存在的主要问题，远程控制系统通常运用于日常实验当中，而受保护装置不完善等因素的影响导致监控系统不能广泛的应用到井下工作当中，为保证工作环境的安全仍然需要人工值守，降低了工作效率。

2.3 精细化管理不够深入

矿山建设中精细化管理主要体现在数据的处理等方面，但大多数矿山企业都注重相关数据的集成与展示，并没有实现数据的深度应用，也没有将这些数据应用于精细化管理工作当中，在采矿工作中缺乏深入的研究，矿山管理业务比较狭窄，缺乏数字化技术的应用，阻碍了管理工作信息化和规范化的发展，同时也无法为矿山企业的管理者提供有效的决策支持，弱化了数字化矿山平台的作用。此外，虽然在安全工作管理中实现了相关数据的集成管理，但仍然需要人工查找相关信息，相关数据过于分散导致浪费大量的人力和财力，对矿山企业的经济效益产生了一定的负面影响。在矿山建设过程中需要完整的安全预警体系来保证作业的安全性，需要完整性和全面性的数据来支撑该体系的运作，但目前大多数矿山企业只配备了部分子系统的监测设备，多数数据还需要人工手动来录入，不仅增加了相关工作人员工作量，影响了工作效率，受人为因素的影响还不能确保数据录入的准确性，使得安全预警系统预测出现偏差，偏离了实际情况，而部分数据需要在井下采集，无法确保人本安全。

3 数字化矿山建设中精细化采矿技术研究

精细化采矿技术在数字化矿山建设中的应用一方面提高了矿石的回收率，有利于降低贫化率，提高矿山企业的经济收益，符合国家可持续发展总战略，促进我国矿山产业的可持续发展，另一方面促进了数字化矿山建设的发展，促进我国产业结构的转型与升级，保证经济的平稳增长，促进经济健康发展，基于此笔者从以下几个方面该精细化采矿技术的具体应用展开分析。

3.1 精细化技术的应用条件

精细化技术的应用条件主要为采矿设计模型，而支持该模型的技术则包括地质技术、采空区扫描实体技术与实测巷道技术，为采矿设计模型提供完整的数据，根据所提供的信息该模型可以展示任意井下平面图，为决策者提供了科学的依据，有助于优化井下工程设计工作，同时还具备方便高效等优势好。精细化采矿设计模型的应用大大提高了矿山产业的经济指标，在一定程度上优化了矿山企业的采矿技术指标，降低了工程成本和采切比，减少了资金的大量投入，提升利润空间和资源利用率。除了上述技术的支持还需要相应的硬件设备来完整软件系统的指令，对此矿山企业要引入先进的采矿设备，例如澳瑞凯高精度导爆管、空区扫描仪和反井钻机等等，为精细化采矿提供现代化设备，提高采矿效率和井下作业的安全性。

3.2 精细化采矿的实施

目前精细化采矿应用较为广泛的采矿方式为充填法采矿技术，该采矿方式的采矿过程主要分为2个步骤：①开采矿房，开采矿房之前要综合分析地质条件、自然灾害发生情况、气候条件、资源量等内容，并借助实测巷道建模技术来作为采矿方案设计的主要依据，构建实体模型，在采矿模型构建的过程中要注意矿体的边界线与轮廓线，准确的把握矿体的开采位置和炮孔开口位置，而炮孔的倾斜角度要与矿体边缘线的倾斜角度保持一致，此外还要保证炮孔的可行性是否符合采矿的相关要求，优化采矿设计方案，并严格按照设计要求来施工，确保一致性；②矿柱开采，为精准的确定采矿的边界线，需要从邻近的矿房位置出发，采用实体扫描技术对即将开采的矿房和邻近的矿房具体位置进行建模，收集各项位置信息并进行集合处理，精准确定采矿范围，从而减少了充填体的填入，减少采矿过程中所产生的损失。为提高开采工作的准确性和效率，需要充分利用空区扫描仪等现代化设备的作用，降低采矿过程中的损失和设计过程中的贫化率。

3.3 精细化爆破技术

爆破是采矿的关键环节之一，因此爆破质量的高低影响到采矿功能能否顺利开展，在爆破工作过程中影响爆破质量的主要因素为炮孔成孔质量的高低，对采场的贫化率和损失率会产生直接的影响。基于此，矿山企业在采矿过程中要注重炮孔的成孔质量，借助炮孔测斜仪对炮孔的角度进行测量和确定，确保炮孔的倾斜度与矿体的倾斜度保持一致，同时还要加强对成孔质量检验的管理工作，对每个大孔和中深孔开展样本检验，实事求是，记录每个成孔的质量评分，如果成孔质量不达标则应该按照相关标准重新大孔，或者根据装药的具体设计进行相应的调整，确保炮孔质量。精细化管理技术中应用的爆破技术为逐孔起爆技术，爆破仪器采用的是澳瑞凯高精度导爆管，这种爆破技术弥补了传统爆破技术存在的局限性，有助于降低爆破所带来的振动强度，避免由于过度振动而导致矿体受损，同时还大大减少了单响爆破量，减少了对周围围岩强度的影响，降低了坍塌等不良事件的发生概率。

切割槽也是采矿爆破工作的重要环节，也是爆破准备工作的最后一个准备环节，会直接关系到爆破工作的质量、采矿经济收益和技术指标，在传统矿房爆破作业中通常采用人工凿井的爆破方式，该方式不仅工作效率低下，还会影响基层工人的生命安全，随着切割槽技术的发展，无切割槽爆破技术已经不适用数字化矿山建设的发展，而切割槽爆破技术的应用则大大提高了成井质量，确保矿体爆破工作的安全高效运行。

3.4 精细化回收残矿管理技术

残矿的管理是降低矿山企业损失率和提高经济收益和社会效益的重要工作内容，但残矿的回收对巷道施工的影响较大，如果残矿的处理工作比较完善的话则会对巷道施工产生积极影响，有助于降低施工的难度，提高施工安全系数，同时还能减少安全管理工作的资金投入力度，节约安全管理成本，促进了矿山建设的健康发展。矿体爆破之后会产生大量的残矿，而工作人员又无法进入到采空区对残矿进行处理，因此可以采用现代化设备来代替人工，这样既保证了工作人员的安全又提高了残矿回收的工作效率，现阶段我国矿山建设残矿回收设备应用较为广泛的为遥控铲运机，对此矿山企业可以加大对相关工作的资金投入力度，为购进先进的现代化设备提供资金支持。

3.5 优化矿山建设管理模式，建立专业级控制中心

由于我国部分矿山企业相关管理人员和领导对数字化平台对矿山建设发展的重要性认识不足，因此相关部门要加强数字化平台重要意义的宣传力度，提高矿山企业领导的重视程度，在矿山建设工程中积极应用数字化平台并对应用范围和业务类型进行划分，明确各个部门工作人员的职责，实施责任到人制度。此外还要加强对信息的管理，做好各项数据的分类工作，构建信息共享平台并根据不同部门对信息的需求进行相应的推送，还应该信息的类别建立检索系统，为工作人员查找信息提供了便利条件。最后，为促进矿山建设的数字化发展还要建立专业级控制中心，构建自动化系统，实现远程控制操作，为进一步提高采矿工作效率，应该改变传统的控制管理模式，将单机控制系统改变为系统性远程操控系统，并根据不同的作业类型建立相应的远程控制中心，例如通风工作流程远程控制中心、供电工作流程远程控制中心等，优化业务流程，从而提高每个部门的工作效率。

3.6 大数据的应用

大数据的应用也是精细化管理技术的重要内容，因此相关部门要根据矿山建设的具体内容建立数据中心，充分发挥大数据在矿山建设中的重要作用，对大数据进行更深层次的研究，从而达到节约生产成本和降低能源损耗的目的。对此矿山企业相关工作人员要详细的记录矿山的实际生产情况、各个生产环节所需的成本、生产故障等内容，对生产资源进行完整的把控，完善各项材料的消耗数并对这些数据进行综合分析和处理，最大限度的降低采矿作业过程中和矿山生产过程中所产生的能源损耗，降低各个生产环节中的生产成本，提高矿山建设的经济收益，促进矿山建设的可持续发展。

4 结 语

综上所述，精细化采矿技术对数字化矿山建设的发展起到了积极的促进作用，为进一步促进我国数字化矿山建设的进步，需要立足于我国数字化矿山建设中存在的问题和发展现状，坚持可持续发展的基本原则，深入贯彻落实精细化采矿技术的应用，优化矿山建设管理模式，建立专业级控制中心，深入精细化回收残矿管理技术和精细化爆破技术，做好精细化采矿技术的准备工作，优化实施方案，促进我国矿山事业的进步与发展。