司家营铁矿超大产能充填采矿关键技术与装备终稿

1、河北钢铁集团矿业有限公司河北钢铁集团矿业有限公司 南世卿南世卿2014年年7月月9日日司家营铁矿超大产能充填采矿关键技司家营铁矿超大产能充填采矿关键技术与装备术与装备提提纲纲v 1 司家营铁矿简介司家营铁矿简介v 2 超大产能新型现代化建设理念超大产能新型现代化建设理念v 3 矿产资源三维可视化模型研究矿产资源三维可视化模型研究v 4 超大产能新型现代化矿山技术装备超大产能新型现代化矿山技术装备v 5 超大产能连续采矿协同关键技术超大产能连续采矿协同关键技术v 6 超大产能全尾砂充填技术与装备超大产能全尾砂充填技术与装备v 7 超大产能矿山自动化与信息化超大产能矿山自动化与信息化 司家营铁矿是

2、我国近几年开发建设的特大型铁矿床，司家营铁矿是我国近几年开发建设的特大型铁矿床，铁矿资源总储量达铁矿资源总储量达3030多亿吨。目前司家营铁矿一期、二期多亿吨。目前司家营铁矿一期、二期采选工程已建成投产，主要是露天开采，设计采矿规模为采选工程已建成投产，主要是露天开采，设计采矿规模为21002100万吨。司家营南区的三期、四期资源储量万吨。司家营南区的三期、四期资源储量12.512.5亿吨，亿吨，设计采矿规模合计达设计采矿规模合计达25002500万吨；马城铁矿资源储量达万吨；马城铁矿资源储量达1 15 5亿亿吨，设计采矿规模为吨，设计采矿规模为25002500万吨，正在进行工程建设，均为万吨

3、，正在进行工程建设，均为地下充填开采。司家营铁矿区建设地下充填开采总规模达地下充填开采。司家营铁矿区建设地下充填开采总规模达55005500万吨。因此，司家营铁矿区地下工程建设可以称之为万吨。因此，司家营铁矿区地下工程建设可以称之为超大产能充填采矿地下铁矿山建设。超大产能充填采矿地下铁矿山建设。1、司家营铁矿简介、司家营铁矿简介 2、超大产能新型现代化建设理念、超大产能新型现代化建设理念理念理念 司家营铁矿区按照超大产能新型现代化理念进行规司家营铁矿区按照超大产能新型现代化理念进行规划建设。以安全、绿色、智能、高效为目标，计划引进国划建设。以安全、绿色、智能、高效为目标，计划引进国外先进技术与

4、装备，并进行消化外先进技术与装备，并进行消化- -吸收吸收- -再创新，攻关研究再创新，攻关研究集成技术和协同技术，引进技术本土化后实现高效协同；集成技术和协同技术，引进技术本土化后实现高效协同；进行工业化和信息化融合，研究应用数字化、信息化、网进行工业化和信息化融合，研究应用数字化、信息化、网络化、智能化等现代化技术手段，实现劳动生产率和各项络化、智能化等现代化技术手段，实现劳动生产率和各项技术经济指标大幅提高，生产成本大幅降低，打造矿山企技术经济指标大幅提高，生产成本大幅降低，打造矿山企业的持续盈利能力和长久竞争能力，参与国际竞争。业的持续盈利能力和长久竞争能力，参与国际竞争。新建大型地下

5、矿山新型现代化模式优化设计新建大型地下矿山新型现代化模式优化设计 在司家营矿区新建的在司家营矿区新建的4 4座大型地下矿山，进行新型现代化矿山座大型地下矿山，进行新型现代化矿山模式优化设计，以数字矿山规划和顶层设计为技术指导，优化设模式优化设计，以数字矿山规划和顶层设计为技术指导，优化设计并建设地下开采各工序、各系统的高效协同管控系统，最终建计并建设地下开采各工序、各系统的高效协同管控系统，最终建成成“安全、高效、智能、绿色安全、高效、智能、绿色”的新型现代化矿山，其主要优化的新型现代化矿山，其主要优化设计内容如下：设计内容如下： （1 1）矿体三维可视化模型建立与高效开采技术系统研发）矿体三

6、维可视化模型建立与高效开采技术系统研发 （2 2）地下安全避险信息系统优化、强化研发设计）地下安全避险信息系统优化、强化研发设计 （3 3）地下通风系统按需智能调控节能技术系统研发设计）地下通风系统按需智能调控节能技术系统研发设计 （4 4）地下采场与巷道地压监测与安全预警系统优化设计）地下采场与巷道地压监测与安全预警系统优化设计 （5 5）地下供电、照明与自动排水系统优化设计）地下供电、照明与自动排水系统优化设计 （6 6）地下电机车无人驾驶、地面智能控制技术研发设计）地下电机车无人驾驶、地面智能控制技术研发设计 （7 7）地下采、运、提、充智能高效协同系统研发设计）地下采、运、提、充智能高

7、效协同系统研发设计 （8 8）选矿自动化系统研发设计与协同技术）选矿自动化系统研发设计与协同技术 （9 9）矿山智能管控信息物理融合系统（）矿山智能管控信息物理融合系统（CPSCPS）的研发设计）的研发设计 以资源高效开发利用为主线，建立矿以资源高效开发利用为主线，建立矿山三维可视化矿体与地质信息模型，研发山三维可视化矿体与地质信息模型，研发建立矿业顶层矿产资源管理平台；研究以建立矿业顶层矿产资源管理平台；研究以矿产资源高效开发利用为中心的矿山高效矿产资源高效开发利用为中心的矿山高效协同技术，发挥资源效益的最大潜能，降协同技术，发挥资源效益的最大潜能，降低损失贫化率，提高铁矿资源回收率，实低损

8、失贫化率，提高铁矿资源回收率，实现资源效益最大化。现资源效益最大化。资源高效开发利用资源高效开发利用本质安全无事故本质安全无事故 从本质安全理念出发，开展开采工艺的从本质安全理念出发，开展开采工艺的本质安全设计，突出开采工艺本质安全，本质安全设计，突出开采工艺本质安全，新建矿山研究实施井下安全监测监控技术新建矿山研究实施井下安全监测监控技术、无人值守技术及智能管控技术，加强安、无人值守技术及智能管控技术，加强安全防护和提高开采和作业场所的自动化、全防护和提高开采和作业场所的自动化、数字化、智能化水平，尽可能减少井下人数字化、智能化水平，尽可能减少井下人员数量，提高矿山的本质安全水平，实现员数量

9、，提高矿山的本质安全水平，实现安全高效。安全高效。自主创新和核心竞争能力自主创新和核心竞争能力 通过技术研究、设计、实施、创效，研发通过技术研究、设计、实施、创效，研发拥有一批自主创新技术，形成一批知识产权拥有一批自主创新技术，形成一批知识产权和企业技术标准，提高企业的核心竞争能力和企业技术标准，提高企业的核心竞争能力，参与国际竞争。，参与国际竞争。科学管理、技术创新、装备升级、降本增效科学管理、技术创新、装备升级、降本增效 本次大会主题本次大会主题“科学管理、技术创新、科学管理、技术创新、装备升级、降本增效装备升级、降本增效”，这一主题准确的，这一主题准确的把握了我国矿山企业的发展方向和技术

10、路把握了我国矿山企业的发展方向和技术路线，我国的矿山企业只有改变原有的管理线，我国的矿山企业只有改变原有的管理模式，进行技术创新、装备升级，大幅提模式，进行技术创新、装备升级，大幅提高生产效率，努力降低生产成本，才能在高生产效率，努力降低生产成本，才能在目前以及未来参与国际竞争，使矿山企业目前以及未来参与国际竞争，使矿山企业具有长期盈利能力和持久竞争能力，不至具有长期盈利能力和持久竞争能力，不至于被国际市场竞争所淘汰于被国际市场竞争所淘汰。 在司家营矿区，为满足超大规模采矿生在司家营矿区，为满足超大规模采矿生产要求，首先研究大型矿山铁矿资源三维产要求，首先研究大型矿山铁矿资源三维可视化模型，对

11、矿石资源进行优化配置和可视化模型，对矿石资源进行优化配置和协同配置，实现资源效益最大化。协同配置，实现资源效益最大化。3、矿山资源三维可视化模型研究、矿山资源三维可视化模型研究马城三维可视化建模马城三维可视化建模 在司家营铁矿区的田兴铁矿、马城铁矿在司家营铁矿区的田兴铁矿、马城铁矿2 2座座20002000万吨以上建设超大产万吨以上建设超大产能新型现代化矿山，公司在充分考察了国外大型现代化铁矿山应用新技能新型现代化矿山，公司在充分考察了国外大型现代化铁矿山应用新技术、新装备，计划引进一系列大型高效技术整备。术、新装备，计划引进一系列大型高效技术整备。 掘进台车掘进台车：遥控掘进凿岩台车遥控掘进

12、凿岩台车; ; 回采凿岩：回采凿岩：遥控中深孔潜孔钻机；遥控中深孔潜孔钻机； 出矿设备：出矿设备：采用采用8m8m3 3遥控电动铲运机；遥控电动铲运机； 有轨运输：有轨运输：智能控制智能控制40t40t电机车双机牵引电机车双机牵引20 m20 m底侧卸矿车。底侧卸矿车。 天井钻机：天井钻机：天井和溜井施工选用天井钻机，一次成井。天井和溜井施工选用天井钻机，一次成井。 4、超大产能矿山技术装备超大产能矿山技术装备引进引进消化消化吸吸收收创新创新 凿岩台车可以实现工作面钻孔对位、钻进、换杆等凿岩台车可以实现工作面钻孔对位、钻进、换杆等均为自动化控制；铲运机可以实现采场装载后的运输与均为自动化控制；

13、铲运机可以实现采场装载后的运输与卸载自动控制；电机车可以实现自动控制、无人值守卸载自动控制；电机车可以实现自动控制、无人值守。 引进国外先进技术的同时，自主研发电机车智能控引进国外先进技术的同时，自主研发电机车智能控制技术以及协同技术，进一步发挥智能高效作用。开展制技术以及协同技术，进一步发挥智能高效作用。开展各设备高效协同技术研究。各设备高效协同技术研究。4、超大产能矿山技术装备超大产能矿山技术装备引进引进消化消化吸吸收收创新创新B00MERM1C 掘进台车掘进台车型号型号控制方式控制方式开挖面积（开挖面积（m）双臂台车双臂台车BoomerM1C系列系列电脑电脑65Simba 中深孔凿岩台车

14、中深孔凿岩台车型号型号控制方式控制方式孔径（孔径（mm)孔深孔深(m)Simba 系列系列电电脑脑9516551Sandvik遥控铲运机遥控铲运机无人驾驶电机车无人驾驶电机车5、超大产能连续采矿协同关键技术、超大产能连续采矿协同关键技术 超大产能采矿生产能力的实现，采矿方法是核心。在前期采超大产能采矿生产能力的实现，采矿方法是核心。在前期采矿方法研究的基础上，拟研究超大采场高效出矿采矿方法，研矿方法研究的基础上，拟研究超大采场高效出矿采矿方法，研究满足超大采场高效连续采矿工艺与生产系统协同管控技术。究满足超大采场高效连续采矿工艺与生产系统协同管控技术。主要内容包括：主要内容包括：u超大产能连续

15、开采工艺与采矿结构参数协同技术 u超大产能连续开采资源配置规划技术 u采矿工艺及生产系统的协同管控技术 超大产能连续开采工艺与采矿结构参数协超大产能连续开采工艺与采矿结构参数协同技术同技术，在矿山矿岩力学参数与工艺协同的基，在矿山矿岩力学参数与工艺协同的基础上，开发一步骤房式深孔落矿的超大产能连础上，开发一步骤房式深孔落矿的超大产能连续采矿方法，优化采场结构参数与工艺系统，续采矿方法，优化采场结构参数与工艺系统，实现工艺与参数的协同，保障矿山的安全高效实现工艺与参数的协同，保障矿山的安全高效开采。开采。 超大规模连续开采资源配置规划技术超大规模连续开采资源配置规划技术 通过系统优化原通过系统优

16、化原理、智能仿真、过程模拟和多尺度力学响应等多种方法，理、智能仿真、过程模拟和多尺度力学响应等多种方法，优化分析资源开发的区域规划，合理配置矿山的资源，实优化分析资源开发的区域规划，合理配置矿山的资源，实现连续采矿的阶段、矿段工艺协同优化，构建开采系统目现连续采矿的阶段、矿段工艺协同优化，构建开采系统目标产能、生产安全与管理协同目标结构化模型，实现基于标产能、生产安全与管理协同目标结构化模型，实现基于矿山多源信息系统资源配置优化决策。矿山多源信息系统资源配置优化决策。 超大产能采矿工艺及生产系统的协同管控技术超大产能采矿工艺及生产系统的协同管控技术 连续连续采矿的核心在于落矿、出矿、运矿和充填

17、工艺的协同，在采矿的核心在于落矿、出矿、运矿和充填工艺的协同，在平行化、高效化的基础上，提出耦合矿山各生产系统的多平行化、高效化的基础上，提出耦合矿山各生产系统的多源信息协同、资源协同、设备协同、工艺流程协同等四大源信息协同、资源协同、设备协同、工艺流程协同等四大方面来构建超大产能矿山的采矿生产作业工艺及其生产系方面来构建超大产能矿山的采矿生产作业工艺及其生产系统的协同管控，识别系统资源和工艺间协同机会、层级和统的协同管控，识别系统资源和工艺间协同机会、层级和模式，优化评估要素的协同价值，改善采、充各工艺系统模式，优化评估要素的协同价值，改善采、充各工艺系统运行瓶颈和制约环节，促进协同要素价值

18、最大化运行瓶颈和制约环节，促进协同要素价值最大化。6、超大、超大产能产能全尾砂充填技术与装备全尾砂充填技术与装备n 司家营铁矿矿体上部赋存司家营铁矿矿体上部赋存100100120m120m厚的第四系含水层厚的第四系含水层，地表有河流、农田、村庄。为了保护矿区地表环境和地，地表有河流、农田、村庄。为了保护矿区地表环境和地下水资源，避免地下开采导致地表沉降和塌陷，采用充填下水资源，避免地下开采导致地表沉降和塌陷，采用充填法开采。法开采。n 20002000万万t/at/a级超大产能地下矿山采用充填法开采，国内级超大产能地下矿山采用充填法开采，国内外尚无先例。外尚无先例。n200m/h200m/h超

19、大能力充填系统装备的研发与应用。超大能力充填系统装备的研发与应用。充填工业泵充填工业泵新型新型胶结胶结选矿选矿尾砂尾砂20%调速螺旋输调速螺旋输送机送机螺 旋 称螺 旋 称重 给 料重 给 料机机高浓度高浓度搅拌桶搅拌桶清水池清水池水泵水泵深锥浓密机深锥浓密机采场采场6、超大、超大产能产能全尾砂充填技术与装备全尾砂充填技术与装备尾砂絮凝沉降试验研究尾砂絮凝沉降试验研究6、超大、超大产能产能全尾砂充填技术与装备全尾砂充填技术与装备井下输送管道动态仿真模拟研究井下输送管道动态仿真模拟研究6、超大、超大产能产能全尾砂充填技术与装备全尾砂充填技术与装备 该系统采用集散型计算机控制系统，由中央控制室系统

20、、该系统采用集散型计算机控制系统，由中央控制室系统、地表充填站自动控制系统、井下充填监测监控系统和充填地表充填站自动控制系统、井下充填监测监控系统和充填ERPERP管理系统四部分组成，如下：管理系统四部分组成，如下：n 中央控制室系统中央控制室系统 由监控计算机和通讯系统组成，对充填由监控计算机和通讯系统组成，对充填系统实行集中管理；系统实行集中管理；n 地表充填站自动控制系统地表充填站自动控制系统 由自动化控制器由自动化控制器(DCS)(DCS)及自动化及自动化仪表、视频组成的仪表、视频组成的, ,对充填制备各过程进行分散控制。对充填制备各过程进行分散控制。n 井下充填监测监控系统井下充填监

21、测监控系统 由自动化控制器由自动化控制器(DCS)(DCS)、自动化、自动化仪表和视频组成仪表和视频组成, ,实时监测充填巷道环境及管道参数，并及实时监测充填巷道环境及管道参数，并及时对异常进行报警和处置，实现井下充填管道无人值守目标，时对异常进行报警和处置，实现井下充填管道无人值守目标，同时，利用该技术提高井下充填能力，改善充填巡视工工作同时，利用该技术提高井下充填能力，改善充填巡视工工作环境环境。n 充填充填ERPERP管理系统管理系统 一套先进的管理系统，由我院自主研发，功能用途涵盖充填各个工作环节,B/S架构体系，Internet支持，Web浏览器阅览，能够跨越时间、空间限制，通过网络

22、连接随时了解站内运行情况，对决策进行有力支持，提供生产效率，降低生产成本，使产能最大化释放。6、超大、超大产能产能全尾砂充填技术与装备全尾砂充填技术与装备集集成成系系统统网网络络拓拓扑扑图图集集成成系系统统网网络络拓拓扑扑图图7、超大产能矿山自动化与信息化、超大产能矿山自动化与信息化 建设超大产能新型现代化矿山，无论是在井下还是在地表，全建设超大产能新型现代化矿山，无论是在井下还是在地表，全面实现自动化、信息化、网络化、可视化技术。井下变电所、水泵房面实现自动化、信息化、网络化、可视化技术。井下变电所、水泵房、通风设备设施实现无人值守。在地表控制中心，工人可以时时掌握、通风设备设施实现无人值守

23、。在地表控制中心，工人可以时时掌握井下变电所所有设备及外部周边环境的图像、数据、参量等信息，及井下变电所所有设备及外部周边环境的图像、数据、参量等信息，及时掌握变电所供电系统运行情况，快速处理问题；井下排水系统能够时掌握变电所供电系统运行情况，快速处理问题；井下排水系统能够依据水仓液位高低，结合依据水仓液位高低，结合“避峰填谷避峰填谷”用电措施，完全无人干预条件用电措施，完全无人干预条件下实现自动启停水泵；溜井格筛上出现的大块，工人可以在地表办公下实现自动启停水泵；溜井格筛上出现的大块，工人可以在地表办公楼内遥控液压锤进行破碎；井下通风系统和井下照明灯能够按需智能楼内遥控液压锤进行破碎；井下通

24、风系统和井下照明灯能够按需智能调控和自动启停，竖井提升自动化控制；调控和自动启停，竖井提升自动化控制； 这些自动化、信息化技术的应用，能够实现矿山生产高效，减少这些自动化、信息化技术的应用，能够实现矿山生产高效，减少劳动定员，降本增效。劳动定员，降本增效。 超大产能矿山信息化随物联网技术、云计算技术快速发超大产能矿山信息化随物联网技术、云计算技术快速发展，将融合井下凿岩、装药、运输、破碎提升、充填、安全六展，将融合井下凿岩、装药、运输、破碎提升、充填、安全六大系统、通风和排水等各个环节，集成一套信息高效协同智能大系统、通风和排水等各个环节，集成一套信息高效协同智能化平台。该平台能够解决矿山数据海量、异构问题和信息孤岛化平台。该平台能够解决矿山数据海量、异构问题和信息孤岛现象，同时，也能通过自身数据挖掘功能智能分析与高效协调现象，同时，也能通过自身数据挖掘功能智能分析与高效协调井下矿山生产。矿山工作人员无论是在井下还是地表，甚至地井下矿山生产。矿山工作人员无论是在井下还是地表，甚至地球任何地方，均可使用智能设备（如手机、台式机和平板电脑球任何地方，均可使用智能设备（如手机、台式机和平板电脑）联网实时查看具有三维虚拟仿真效果的矿山生产运行信息，）联网实时查看具有三维虚拟仿真效果的矿山生产运行信息，并及时做出科学决策。并及时做出科学决策。7、超大产能矿山自动化与信息化、超大产能矿山自动