自动化采矿技术进展(2013)

1、自动化采矿技术自动化采矿技术进展进展北京科技大学 胡乃联纲要纲要 概 述 当前的技术进展 典型矿山介绍 我国应采取的对策 43211 1 概概 述述u 国外矿业国外矿业发达国家在完成工业化、信息化的基础上，发达国家在完成工业化、信息化的基础上，大力进行采矿自动化、智能化方面的研究与探索，大力进行采矿自动化、智能化方面的研究与探索，取得了一些进展；取得了一些进展；u 我国的工业化进程尚未完成，现阶段又面临实现工我国的工业化进程尚未完成，现阶段又面临实现工业化、信息化的双重任务业化、信息化的双重任务，矿山企业更是如此；，矿山企业更是如此；u 因此，重点进行矿山自动化、信息化建设，特别强因此，重点进

2、行矿山自动化、信息化建设，特别强调的是数字矿山建设；调的是数字矿山建设；u 矿山矿山信息化、数字化建设的最终目标是信息化、数字化建设的最终目标是 实现实现远程远程遥控遥控和自动化和自动化采矿采矿 （智能采矿）。（智能采矿）。2 2 当前当前的技术进展的技术进展2 2 当前当前的技术进展的技术进展u 矿业发达的国家如加拿大、瑞典、芬兰、南非、澳矿业发达的国家如加拿大、瑞典、芬兰、南非、澳大利亚等为此已不懈努力，奋斗了二三十年，获得大利亚等为此已不懈努力，奋斗了二三十年，获得了丰硕的成果。了丰硕的成果。u 19911991年，芬兰年，芬兰提出了智能矿山技术研究提出了智能矿山技术研究计划（计划（IM

3、IM），），矿山、学校、研究院所参与，矿山、学校、研究院所参与，19921992年至年至19971997年历时年历时5 5年年完成完成，预算预算12001200万万美元。美元。u 在此在此之后，芬兰继续提出了智能矿山实施研发技术之后，芬兰继续提出了智能矿山实施研发技术计划（计划（IMIIMI），从），从19971997年开始，历时年开始，历时3 3年。年。2 2 当前当前的技术进展的技术进展u 加拿大在加拿大在19931993年完成论证并开始实施采矿自动化项年完成论证并开始实施采矿自动化项目（目（MAPMAP）五年计划）五年计划，当时当时预算预算接近接近20002000万万美元。美元。u 加拿

4、大还制订出一项拟在加拿大还制订出一项拟在20502050年实现的远景规划，年实现的远景规划，即在加拿大北部边远地区建设一个即在加拿大北部边远地区建设一个无人矿山无人矿山，通过，通过卫星操控矿山的所有设备实现机械破碎和自动采矿卫星操控矿山的所有设备实现机械破碎和自动采矿。2 2 当前当前的技术进展的技术进展u 自动化采矿的发展与设备制造厂家有密切关系，国际自动化采矿的发展与设备制造厂家有密切关系，国际著名的几家采矿设备公司均在大力发展各自的自动化著名的几家采矿设备公司均在大力发展各自的自动化采矿装备及相关技术。采矿装备及相关技术。u 目前目前有三大设备公司在研制智能有三大设备公司在研制智能设备，

5、在解决设备，在解决自动定自动定位与导航方面发挥了重要作用，他们已从制造设备发位与导航方面发挥了重要作用，他们已从制造设备发展到研究系统解决方案。展到研究系统解决方案。u 山德维克（山德维克（SandvikSandvik）公司的）公司的 AutoMineAutoMine项目项目 u 卡特彼勒（卡特彼勒（CaterpillarCaterpillar）公司）公司MinegemMinegem项目项目 u 阿特拉斯（阿特拉斯（Atlas CopcoAtlas Copco）Scooptram Automation SystemScooptram Automation System2 2 当前当前的技术进展

6、的技术进展u 研究探索的自动化项目很多，如凿岩、装药、爆破、研究探索的自动化项目很多，如凿岩、装药、爆破、支护、出矿、井下运输等，但较为成功的是凿岩作支护、出矿、井下运输等，但较为成功的是凿岩作业和出矿作业业和出矿作业；u 井下机车运输自动化技术已经非常成熟并被广泛应井下机车运输自动化技术已经非常成熟并被广泛应用用；u 至于提升、通风、排水、充填等系统的自动化，国至于提升、通风、排水、充填等系统的自动化，国内一些矿山的应用也比较成功。内一些矿山的应用也比较成功。2 2 当前当前的技术进展的技术进展凿岩作业凿岩作业u 自动化凿岩从视距内遥控，到井下硐室遥控，现在自动化凿岩从视距内遥控，到井下硐室

7、遥控，现在已经实现已经实现了从地面遥控的自动化了从地面遥控的自动化凿岩；凿岩；u 可以可以连续自动完成掘进工作面一个循环的炮孔或深连续自动完成掘进工作面一个循环的炮孔或深孔采矿工作面一排扇形炮孔的孔采矿工作面一排扇形炮孔的凿岩，但凿岩，但设备移位设备移位和和保养维修保养维修仍需仍需人工干预。人工干预。2 2 当前当前的技术进展的技术进展出矿作业出矿作业u 铲运机铲运机出矿作业自动化大致经历了一下几个阶段：出矿作业自动化大致经历了一下几个阶段：u （1 1）局部遥控作业；）局部遥控作业；u （2 2）人工控制铲矿、自动运行、人工控制卸矿；）人工控制铲矿、自动运行、人工控制卸矿；u （3 3）人工

8、控制铲矿、自动运行、卸矿；）人工控制铲矿、自动运行、卸矿；u （4 4）全自动出矿。）全自动出矿。2 2 当前当前的技术进展的技术进展局部遥控作业局部遥控作业 操作员用一台配带于胸部的控制装置控制铲运机进操作员用一台配带于胸部的控制装置控制铲运机进入采场装载。入采场装载。 装载完成后，遥控将铲运机从矿堆移出。装载完成后，遥控将铲运机从矿堆移出。 操作员再回到驾驶室，手动将铲运机开往卸载点。操作员再回到驾驶室，手动将铲运机开往卸载点。卸载完成，操作员再把它开回到刚才的装载点。卸载完成，操作员再把它开回到刚才的装载点。 这样做尽管达到了操作员不进入危险区域的目的，这样做尽管达到了操作员不进入危险区

9、域的目的，但在不遵守安全程序时，还是会发生事故。但在不遵守安全程序时，还是会发生事故。2 2 当前当前的技术进展的技术进展人工控制铲矿、自动运行人工控制铲矿、自动运行 为了实现铲运机自动运行，国外一些矿山进行了多为了实现铲运机自动运行，国外一些矿山进行了多种试验。种试验。 最初的方案是在巷道中安装电子导航线，铲运机装最初的方案是在巷道中安装电子导航线，铲运机装载完成后，控制器自动导航控制铲运机运行至卸载载完成后，控制器自动导航控制铲运机运行至卸载点卸载。点卸载。 试验表明导航效过比较理想，但是受导引系统限制试验表明导航效过比较理想，但是受导引系统限制，铲运机运行速度提升困难。，铲运机运行速度提

10、升困难。2 2 当前当前的技术进展的技术进展人工控制铲矿、自动运行人工控制铲矿、自动运行后来又使用激光雷达探测墙壁的距离和铲运机在巷道后来又使用激光雷达探测墙壁的距离和铲运机在巷道中的准确位置，并通过数据库给铲运机提供空间信中的准确位置，并通过数据库给铲运机提供空间信息，发出移动指令：向左、向右、前进、后退、稳息，发出移动指令：向左、向右、前进、后退、稳定速度、加速或刹车。定速度、加速或刹车。 这些技术的采用保证了在一个分段顺利实现三台铲这些技术的采用保证了在一个分段顺利实现三台铲运机的同时运行。运机的同时运行。2 2 当前当前的技术进展的技术进展出矿作业出矿作业 解决了铲运机自动运行问题后，

11、自动卸矿、自动铲矿解决了铲运机自动运行问题后，自动卸矿、自动铲矿问题的解决保证了铲运机的全自动运行。问题的解决保证了铲运机的全自动运行。 自动化铲运机有很大的优势，如不怕炮烟、不用休息自动化铲运机有很大的优势，如不怕炮烟、不用休息、连续工作等。同时也彻底改变了工人的工作环境。、连续工作等。同时也彻底改变了工人的工作环境。 不利因素：自动化区域运行的铲运机需要更光滑的巷不利因素：自动化区域运行的铲运机需要更光滑的巷道底板和大量的辅助装备，所以成本要高于人工操作道底板和大量的辅助装备，所以成本要高于人工操作采采场场。2 2 当前当前的技术进展的技术进展u 值得一提的是值得一提的是山德维克的山德维克

12、的AutoMine-LiteAutoMine-Lite系统，系统， 用于用于小区域的视频和无线电遥控小区域的视频和无线电遥控系统；系统；u 它以它以AutoMineAutoMine的技术为基础，控制系统安装在一辆的技术为基础，控制系统安装在一辆面包车上面包车上，可以，可以在矿井下灵活地移动到不同的采区在矿井下灵活地移动到不同的采区或采场封闭区域附近，接通控制线路后，便可操纵或采场封闭区域附近，接通控制线路后，便可操纵智能铲运机乃至卡车运作，比较方便。智能铲运机乃至卡车运作，比较方便。u 作为自动化采矿作为自动化采矿的一种方案的一种方案，易于推广应用，易于推广应用。2 2 当前当前的技术进展的技

13、术进展2 2 当前当前的技术进展的技术进展2 2 当前当前的技术进展的技术进展2 2 当前当前的技术进展的技术进展LHDLHD自动化出矿自动化出矿2 2 当前当前的技术进展的技术进展2 2 当前当前的技术进展的技术进展芬兰矿山采矿自动化芬兰矿山采矿自动化.wmv.wmv3 3 典型矿山典型矿山介绍介绍3 3 典型矿山典型矿山介绍介绍瑞典瑞典LKAB公司公司基律纳铁矿基律纳铁矿基律纳基律纳铁矿最大特点是：铁矿最大特点是：生产规模大，生产规模大，08年产铁矿石年产铁矿石2750万万吨；吨；劳动生产率高，劳动生产率高，400人从事井下作业；人从事井下作业；阶段阶段高，正在生产的高，正在生产的1045

14、水平为水平为275米，正在开拓的米，正在开拓的1365水平为水平为320米；米；分段高，目前的分段高度为分段高，目前的分段高度为28.530米；米；自动化程度高，提升运输早在上世纪末就完全实现了自自动化程度高，提升运输早在上世纪末就完全实现了自动化，目前，大部分区域的凿岩、出矿作业也以动化，目前，大部分区域的凿岩、出矿作业也以实现了实现了自动化自动化。3 3 典型矿山典型矿山介绍介绍在自动化出矿方面，在自动化出矿方面，Kiruna铁矿经历了多年曲折的试铁矿经历了多年曲折的试验。验。一开始铲运机采用视距外远程作业，即操作员用一台一开始铲运机采用视距外远程作业，即操作员用一台配带于胸部的控制装置控

15、制铲运机进行装载。装载完配带于胸部的控制装置控制铲运机进行装载。装载完成后，遥控将铲运机从矿堆移出。操作员再回到驾驶成后，遥控将铲运机从矿堆移出。操作员再回到驾驶室，手动将铲运机开往卸载点。卸载完成，操作员再室，手动将铲运机开往卸载点。卸载完成，操作员再把它开回到刚才的装载点。把它开回到刚才的装载点。这样做尽管达到了操作员不进入危险区域的目的，但这样做尽管达到了操作员不进入危险区域的目的，但在不遵守安全程序时，还是会发生事故。在不遵守安全程序时，还是会发生事故。3 3 典型矿山典型矿山介绍介绍1986年开始进行自动铲运机的试验；年开始进行自动铲运机的试验；19951995年安装了改进的装载电控

16、系统，开发了防止铲运年安装了改进的装载电控系统，开发了防止铲运机互相碰撞的交通控制系统和导航机互相碰撞的交通控制系统和导航系统；系统；后来又使用激光雷达后来又使用激光雷达探测铲运机探测铲运机在巷道中的准确位置，在巷道中的准确位置，并通过数据库给铲运机提供空间信息，发出移动指令，并通过数据库给铲运机提供空间信息，发出移动指令，顺利顺利实现了一个分段三实现了一个分段三台铲运机的同时台铲运机的同时运行；运行；由于井下作业，如凿岩、部分自动化铲运机、运输、由于井下作业，如凿岩、部分自动化铲运机、运输、提升系统等基本实现了遥控和无人驾驶，人员逐步向提升系统等基本实现了遥控和无人驾驶，人员逐步向维护和地表

17、发展维护和地表发展。3 3 典型矿山典型矿山介绍介绍智利特尼恩特（智利特尼恩特（El TenienteEl Teniente）铜矿）铜矿又译埃尔特尼恩特铜矿，属斑岩型铜矿。主要矿体长又译埃尔特尼恩特铜矿，属斑岩型铜矿。主要矿体长15001500米，宽米，宽300-800300-800米。主要矿物是黄铜矿（占米。主要矿物是黄铜矿（占70%70%），），伴生有金、银、钼。矿石储量伴生有金、银、钼。矿石储量6060亿吨，铜金属量约亿吨，铜金属量约60006000万吨。万吨。特尼恩特铜矿特尼恩特铜矿19051905年投产，目前尚有矿石储量年投产，目前尚有矿石储量2525亿吨，亿吨，铜品位铜品位0.86

18、%0.86%，铜金属量约，铜金属量约21002100万吨。万吨。采用采用自然自然崩落法采矿。崩落法采矿。3 3 典型矿山典型矿山介绍介绍 世界上最大世界上最大的地下矿山，平的地下矿山，平均日出矿均日出矿1313万吨万吨以上。以上。3 3 典型矿山典型矿山介绍介绍利用利用Sadvik Tamrock公司的公司的AutoMine系统在两个采区系统在两个采区实现了半自动化出矿。实现了半自动化出矿。其中一个采区布置有其中一个采区布置有15条出矿巷道，条出矿巷道，188个装矿点。个装矿点。控制室设在地表，距生产区约控制室设在地表，距生产区约15Km。LHD装载为远程遥控操作，运行和卸载由机载计算机装载为

19、远程遥控操作，运行和卸载由机载计算机控制自动操作。控制自动操作。3 3 典型矿山典型矿山介绍介绍瑞典基律纳（瑞典基律纳（KirunaKiruna）铁矿）铁矿智利特尼恩特（智利特尼恩特（El TenienteEl Teniente）铜矿）铜矿加拿大（加拿大（IncoInco）国际镍公司）国际镍公司南非南非芬斯（芬斯（FinschFinsch）金刚石矿）金刚石矿澳大利亚奥林匹克坝（澳大利亚奥林匹克坝（Olympic DamOlympic Dam）铜铀矿）铜铀矿芬兰奥托昆普（芬兰奥托昆普（OtokumpuOtokumpu）公司）公司印尼印尼GrasbergGrasberg深部矿带深部矿带3 3 试验

20、试验矿山介绍矿山介绍值得注意的是值得注意的是，除奥林匹克，除奥林匹克坝铜坝铜铀铀矿外，试验矿山矿外，试验矿山大都是采用崩落法采矿的矿山，特别是采用自然崩大都是采用崩落法采矿的矿山，特别是采用自然崩落法的矿山；落法的矿山；正是由于这种采矿方法工序比较简单，所以成为自正是由于这种采矿方法工序比较简单，所以成为自动化采矿发展较快，也能连续生产的矿山。动化采矿发展较快，也能连续生产的矿山。4 4 我国我国应采取的对策应采取的对策4 4 我国我国应采取的对策应采取的对策自动化采矿的经济和社会效益：自动化采矿的经济和社会效益：(1)(1)彻底解决矿山生产的安全问题彻底解决矿山生产的安全问题(2)(2)极大

21、地提高劳动生产率极大地提高劳动生产率(3)(3)降低能耗，提高设备工时利用率降低能耗，提高设备工时利用率(4)(4)有利于更准确地控制放矿有利于更准确地控制放矿(5)(5)带动相关产业链的发展带动相关产业链的发展(6)(6)使矿工的社会地位发生根本性的转变使矿工的社会地位发生根本性的转变4 4 我国我国应采取的对策应采取的对策自动化采矿在我国虽然还是空白，但一些有远见卓识的自动化采矿在我国虽然还是空白，但一些有远见卓识的矿山在实现矿山数字化、信息化的基础上，开始探索发矿山在实现矿山数字化、信息化的基础上，开始探索发展自动化采矿的途径。展自动化采矿的途径。为了改善矿工的劳动条件，有的矿山已经开展凿岩台车为了改善矿工的劳动条件，有的矿山已经开展凿岩台车视距内遥控操作视距内遥控操作和铲运机遥控铲和铲运机遥控铲装作业；装作业；国家科技部已将国家科技部已将“智能采矿智能采矿”列入列入“十二五十二五”“”“863863”高科技发展计划，投入资金开展智能采矿技术研究。高科技发展计划，投入资金开展智能采矿技术研究。4 4 我国我国