我国地下金属矿山采矿技术现状和发展趋势

介绍了"十·五"期间我国地下金属矿山采矿技术在大间距集中化无底柱高效开采工艺技术、地下金属矿山元废开采技术、矿山废弃空间处理与处置矿山废弃物综合技术、地下金属矿山地压监测与控制技术、露天转地下开采平稳过渡及联合开采技术、地下金属矿山联合采矿技术、地下矿山缓倾斜薄到中厚矿体开采技术、地下贵重金属矿山开采技术等领域的研究现状和取得的研究成果.分析了国内采矿技术的发展趋势,提出了我国今后采矿技术的研究方向.     

中国智能矿山发展趋势与路径分析

推动矿山智能化建设是国家推进数字化绿色化协同转型的重要内容。矿业行业需要借助现代化智能化技术，推动资源开发方式深刻变革，实现集约、高效、可持续发展，智能矿山建设已成为实现矿业高质量发展的必由之路。本文从智能矿山建设发展现状、发展趋势和路径等方面进行了系统分析，指出近年来我国智能矿山建设做出了令人瞩目的成绩和进展，大数据、高效通讯、物联网和人工智能等技术得到推广应用，但在系统性与全面性方面尚有一定差距；智能矿山建设应包括地质与测量、资源储量管理、开发与选矿、资源节约与综合利用、生态环境保护、综合协同管控等各个环节，将“高效、绿色、安全”作为智能化建设的根本目标；矿山企业可以通过智能化提质增效来提升企业的效益和综合竞争力，根据自身实际情况选择合适的智能化等级制订建设方案，确定适合自身的智能化建设路径，有序推进矿山智能化建设，确保矿山企业在智能化建设上取得资源、效益、安全的多赢。     

数字化矿山现状及发展展望

针对国内数字化矿山建设还处于起步阶段的现状,总结了国内外数字化矿山发展进程和存在的问题,提出了智能安全、智能生产和智能物流等数字化矿山的发展思路。通过分析国内外数字化矿山建设中存在的理念多样、缺乏整体性、缺乏安全保障体系、缺少信息融合等问题,提出今后还需要进一步研究数字化矿山技术标准和规范、新型传感与智能化装备、数字化矿山综合软件平台、矿山安全保障环节等关键技术,提出数字化矿山的发展将从简单的数据集中转变为对重点关注数据的利用,未来数字化矿山将为煤炭企业的安全、高效和绿色生产提供有力保障。     

矿山信息化发展及以数字孪生为核心的智慧矿山关键技术

矿山信息化建设在经历了单机自动化、综合自动化、数字矿山几个阶段之后,在物联网、人工智能、大数据技术的推动下,正朝着矿山智能化和智慧矿山的方向发展。以数字孪生技术为核心,围绕矿山生产场景和智能装备的知识服务体系是智慧矿山下一步需要重点研究的方向。首先回顾了矿山信息化技术的发展,然后分析了智慧矿山的核心关键技术,从智能感知与智能装备、边缘计算与网络服务、数字孪生知识建模、平台与应用系统4个方面进行阐述。智能传感装置和智能装备的不断涌现,为智慧矿山前端感知和执行提供了基础,而即时的感知、分析和决策是智能装备自治、自主工作的前提;随着边缘网关计算能力的提升,需要设计面向应用场景的轻量级算法模型和高效云边协同机制,以满足智能装备即时服务的需求,同时,围绕5G的通信技术在矿山的应用,将进一步提升知识服务的快速响应能力;矿山运行机理、经验知识、大数据分析与数字孪生建模技术融合的矿山生产场景可信数字孪生模型,将成为智慧矿山知识服务的核心;面向大数据和知识模型的平台技术是矿山数字孪生和智能化服务的载体,大数据高效存取、分析和利用能够有效的促进矿山智能化应用服务的融合。矿山数字孪生及相关智能化技术的突破,将实现对矿山物理世界实时可测、可观、准确控制、精确管理和科学决策,从而建立少人化或无人化的矿山生产模式,为智慧矿山的发展奠定基础。     

矿山信息化发展及以数字孪生为核心的智慧矿山关键技术

矿山信息化建设在经历了单机自动化、综合自动化、数字矿山几个阶段之后,在物联网、人工智能、大数据技术的推动下,正朝着矿山智能化和智慧矿山的方向发展。以数字孪生技术为核心,围绕矿山生产场景和智能装备的知识服务体系是智慧矿山下一步需要重点研究的方向。首先回顾了矿山信息化技术的发展,然后分析了智慧矿山的核心关键技术,从智能感知与智能装备、边缘计算与网络服务、数字孪生知识建模、平台与应用系统4个方面进行阐述。智能传感装置和智能装备的不断涌现,为智慧矿山前端感知和执行提供了基础,而即时的感知、分析和决策是智能装备自治、自主工作的前提;随着边缘网关计算能力的提升,需要设计面向应用场景的轻量级算法模型和高效云边协同机制,以满足智能装备即时服务的需求,同时,围绕5G的通信技术在矿山的应用,将进一步提升知识服务的快速响应能力;矿山运行机理、经验知识、大数据分析与数字孪生建模技术融合的矿山生产场景可信数字孪生模型,将成为智慧矿山知识服务的核心;面向大数据和知识模型的平台技术是矿山数字孪生和智能化服务的载体,大数据高效存取、分析和利用能够有效的促进矿山智能化应用服务的融合。矿山数字孪生及相关智能化技术的突破,将实现对矿山物理世界实时可测、可观、准确控制、精确管理和科学决策,从而建立少人化或无人化的矿山生产模式,为智慧矿山的发展奠定基础。     

地下矿山双重预防智能安全管理系统应用研究

矿山的安全生产管理正处于一个由粗放型、被动整改型管理向科学型、主动预防型方向转变的过程之中。以信息化、物联网和大数据技术为基础,通过研究安全风险分级管控和隐患排查治理双重预防性机制建设内涵,结合地下矿山生产实际,分析创建功能和表单数据模型,构建风险识别分级管控、隐患排查治理、安全信息采集与监测3个子系统的功能架构,建立矿山双重预防智能安全管理系统,实现智能化技术与双重预防体系建设的有效融合,适用于地下金属矿山安全生产管理工作。     

智能矿山技术架构与建设思路

当前,全球矿业发展进入全新历史阶段,也面临着产品价格、生产成本、作业安全、从业人员等诸多挑战,发展智能化、无人化开采技术,建设智能矿山,是我国资源开发尤其是深部资源开采的必然选择。通过概述智能矿山的发展现状,总结了智能矿山的内涵,提出了两种典型智能矿山技术架构,对智能矿山建设的重点内容进行了梳理,并给出了建设思路与保障措施,为智能矿山建设提供了理论基础,对矿山进行智能化建设具有指导意义。     

双5G网络下露天智能矿山系统构建与应用

经济发展新引擎的新基建,为未来数字经济高质量的发展方向。而以 5G 和 F5G 双网络为基础的数字孪生技术,是构建信息基础设施的关键。 提出了基于双 5G 网络的露天矿山通信系统,建设智能采矿管控、综合生产执行和三维可视化管控的三大平台,进一步融合矿山安全监测监控系统,进而构建了露天智能矿山的建设架构和体系。 以南泥湖钼矿为例,实现了露天采矿智能装备的远程控制与运行,为露天智能矿山建设提供了一种新的技术路径。研究表明:① 高速通信系统是智能矿山建设的保障,采用 5G 和 F5G 双通信网络可以实现矿山的即时高效数据传输,为露天智能矿山建设提供了高速通信与数据传输通道;② 智能管控和综合生产平台的建设,构建了以开采环境数字化和采掘装备自动化为特质的系统,实现了采矿设计、计划、生产配矿、调度和决策等过程的智能化;③ 以三大平台为基础融合安全监测系统的智能矿山架构,形成了露天矿山安全生产的智能化模式,促进了矿山生产的安全、高效和智能化建设。     

紫金山金铜矿地测采三维协同平台开发实践

随着三维可视化、大数据、人工智能等先进技术的兴起,我国矿山正在积极推进矿山数字化、智能化建设。越来越多的矿山开始应用三维矿业软件,实现了矿山地质、测量、采矿等技术工作由二维到三维的转变。Surpac软件是国内外应用非常广泛的一款三维矿业软件,通过人机交互方式完成采矿生产内业的各项任务,操作复杂、效率低,易形成信息孤岛,在一定程度上制约了矿山智能化建设。在分析Surpac软件应用现状和矿山生产技术的基础上,提出了融合Surpac软件及其二次开发技术的协同办公解决方案。通过开发协同办公平台系统,采用软件容器、软件进程间通信技术,将Surpac三维矿业软件与协同办公平台无缝融合,利用TCL/SCL脚本技术,在Surpac软件上开发了地质、测量、采矿业务功能模块。研究表明：平台系统实现了地质、测量、采矿专业技术工作按流程化管理和权限管理等功能,专业数据互通共享;所有作业文件和成果数据存储于服务器和数据库中,从平台上形成各种地质、测量、采矿的生产报表。该平台系统的开发及应用对于推进智能矿山建设具有一定的意义。     

井下无人采矿技术装备导航与控制关键技术

金属矿山深部开采是解决资源紧张的必然趋势,地下金属矿采矿科学技术的发展趋势是无人采矿,介绍了国内外井下无人采矿工艺装备控制技术发展与现状。结合典型,详细介绍了国内外矿山无人采矿过程控制、矿井机械控制、无人驾驶汽车、遥控铲运机以及遥控通信系统实现技术的使用和开发,并对未来无人采矿装备导航与控制技术的发展进行了展望。指出了建设无人矿山是改造和提升矿山竞争力和生命力的有效途径,是知识经济对矿业可持续发展的必然要求。     

胶结充填技术在金属矿山中的应用现状与发展趋势

充填采矿技术因其充分利用尾砂充填采空区,减少矿山尾废的地表堆存,抑制采空区沉降,有效确保矿山绿色、安全、高效开采,得以在地下金属矿山广泛应用。胶结充填技术的发展与革新对金属矿山开采产生了深远影响,解决了矿山生产诸多技术难题。从不同胶结充填技术的发展情况入手,重点论述胶结充填技术在国内外的研究现状,通过对胶结充填技术实际应用成果分析,预测其在地下金属矿山的发展趋势,并基于智能开采、绿色开采、深部开采的理念,展望胶结充填技术的应用前景。     

我国井工煤矿开采技术装备回顾及展望

我国井工煤矿开采技术及配套装备发展30年来,不论是开采、掘进技术及配套装备,还是安全高效现代化矿井建设技术水平,都实现了由弱到强的跨越式提升。对我国30年来厚煤层开采技术发展、薄及中厚煤层开采技术装备发展、安全高效矿井配套技术装备发展等方面进行了回顾和总结,展望了我国井工煤矿开采发展前景,认为,安全、高效、绿色、智能将成为未来我国井工煤矿开采技术的主要发展方向,主要表现在复杂煤层安全高效开采、井工煤矿智能无人开采、煤炭资源绿色一体开采等方面。     

我国金属矿采矿技术回顾与展望

讨论了我国金属矿山主要采矿方法的特点、应用情况、得到的改进及应用前景，针对现有的技术基础以及我国经济发展对金属资源的需求趋势，对未来矿山的发展进行了展望，重点提出了数字矿山、人工智能等发展方向，及进行露天开采运输系统优化和地下开采露天化几种可行性的设想，为我国采矿工作研究者提出了几种新的课题。     

我国金属矿山地下采矿的技术进步

我国金属矿山产品需求旺盛,采矿技术进步明显加快。综述了金属矿山在地下开采、数字矿山建设等方面,尤其是在胶结充填采矿、连续采矿、废料充填、深井采矿、复杂难采矿床采矿、溶浸采矿等方面所取得的重大技术进展,这些进展推进了采矿行业的技术进步,为矿山在不利开采技术条件下提高效率、扩大产能发挥了重要作用。     

我国金属矿山露天采矿技术进展及发展趋势

介绍了建国以来,我国金属矿山露天采矿技术取得的进展,并与国外先进水平进行了比较,得出我国在露天矿陡帮开采、高台阶开采、穿爆技术方面发展迅速并具有一定的技术优势,基本是跟随国际研究趋势,甚至部分技术达到了国际领先。在露天矿山运输系统、设备大型化、自动化方面已经接近国际先进水平,在数字矿山、开采监控手段现代化以及矿山现代管理等方面差距较大。提出了今后一段时期内,露天采矿技术的发展趋势是开采工艺连续化、集中化,装备水平大型化、智能化,开发极深露天矿开采、无废开采技术,建设数字化矿山等。     

三论数字矿山——借力物联网保障矿山安全与智能采矿

在简要总结我国数字矿山建设成效的基础上,梳理了数字矿山内涵及其不同理解,讨论了自动采矿、遥控采矿、矿山物联网、感知矿山、智能采矿等相关概念及其与数字矿山的联系。结合采矿科技进步,采用数字化、信息化与自动化3条主线对数字矿山等概念进行了矩阵描述。指出：数字化、信息化、自动化是智能采矿的3项关键技术,数字化与信息化相辅相成,共同支撑矿山自动化;数字矿山是感知矿山与智能采矿的基础,感知矿山是智能采矿的保障。以当前煤矿安全避险六大系统建设和金属矿无人采矿系统技术发展为例,明确了数字矿山借力物联网的新任务。并面向矿山安全与智能采矿,分析提出了“十二五”期间数字矿山的5个主攻方向,即数字矿山集成平台、采矿模拟仿真系统、露天矿全自动化系统、井下定位与导航技术、采场环境智能感知技术。     

国内外地下矿山现场混装技术装备的发展应用 与趋势展望

地下矿山深地开采是当前广泛存在的难题，现场混装技术是地下矿山开采的必然趋势。通过回顾国内外地下矿山现场混装技术与装备的发展历程和应用情况，分别从本质安全化、绿色高效化、机械自动化等方面对其技术特点进行总结分析。基于当前国内外民爆及矿山行业发展现状，对地下矿山现场混装技术与装备的发展趋势进行重点论述，提出新能源化、数字信息化及智能无人化的发展方向。     

金属矿山风险监测物联网关键技术研究现状与发展趋势

金属矿山开采作业过程中,有毒气体、透水、矿井塌陷等对施工作业人员的安全带来了巨大威胁,因此,基于金属矿山施工过程的风险监测及预警的物联网应用具有重要意义。介绍了面向金属矿山施工安全风险监测的物联网应用的体系架构,分析了当前技术的发展概况,并阐述了金属矿山风险监测物联网应用的意义和必要性。以数据采集、数据传输、数据融合、数据分析等技术为重点研究对象,分析、整理和研究了国内外相关成果。从专用特种传感器、时空演变多维数据融合、可靠实时无线数据传输等几个方面指出了当前技术的发展现状和存在的不足,并对存在的问题进行了剖析,指明了当前工作面临的主要挑战,即:①国产芯片受制于人,特别是面向专用领域的传感器芯片;②对风险监测数据的分析缺乏时间、空间的多维度分析;③矿井复杂、密闭的巷道结构使得无线数据传输的实时性和可靠性受到影响;④新技术应用相对滞后。在充分研究国内外物联网行业的技术发展动态后,以人工智能、边缘计算等新技术为突破点,阐述了金属矿山风险监测的物联网技术未来发展的方向。     

“十五”金属矿山采矿技术进步与“十一五”发展方向

为了促进金属矿山科技进步和“十一五”金属矿山科技工作的开展,对“十五”期间我国金属矿山采矿技术取得的成就进行了总结,提出了“十一五”我国金属矿山采矿技术的发展方向。总结认为“十五”期间我国陡坡铁路运输工艺的研制成功,大间距集中化无底柱采矿新工艺,深部矿床开采关键技术研究等课题极大地推动了金属矿山的技术进步;分析认为我国露天开采转入地下开采技术研究工作已滞后生产实践的需求,深井矿山开采仍有大量技术问题没有解决,复杂难采矿床开采技术难度越来越大,采矿技术装备与国际先进水平仍有很大差距,数字矿山的建立还处于起步阶段等;对此,提出了开展深凹露天矿新型运输设备与工艺研究、露天地下联合开采研究、深部矿体和复杂难采矿体开采技术研究、数字矿山研究及金属矿山循环经济研究等发展方向。