關於智能礦山,國內外已有很多實例。
國外方面,金礦行業的巴裡克、鐵礦行業的力拓等全球礦業巨頭均屬於智能礦山領域的領航者。早在2008年,力拓便開啟了「未來礦山」計劃,力拓澳大利亞Northparkes礦山,已經實現了一個人控制三臺鏟掘機進行作業;力拓還運營著世界最大的無人駕駛卡車系統,近期投入的無人駕駛火車系統,將在力拓集團的1500公裡西澳鐵路線上運行,該鐵路網連接其皮爾巴拉鐵礦和三個港口。所有的一切,力拓均通過其在西澳珀斯建立的遠程綜合網點中心進行監控。
(力拓珀斯運營中心)
國內智能礦山建設起步較晚,但站在巨人的肩膀上,通過引進國際上成熟技術,部分企業已實現局部無人化、智能化,主要集中在礦卡無人化、挖掘機的半自主化以及機群管理與調度系統。
整體而言,國內外礦山的無人化均處於初級階段,國外領先國內。國外已經發展到以運輸卡車無人駕駛為龍頭的自動化採礦階段。自動控制鑽機-穿孔作業、無人駕駛礦用卡車、GPS卡車調度系統、邊坡位移實時監測等已經應用嫻熟。國內僅僅部分大型企業實現了在管理和控制的各環節應用了管理和控制系統,但集成水平仍較低。
目前,部分國內大型礦山正在以智能化、高要求、高標準建設中,提前布局未來技術,也許能讓國內礦山在智能領域上「超車」。
近期,英文行業網站《環球採礦網》評選了「智慧礦山的十大發明」,有些發明可能創新價值更勝過實用意義,但有些可能就是未來礦山的「真實樣子」。
第十名:集中現場自動化
礦山集控就像一個「大腦」,通過一套算法,迅速協調各個單位的合作,最大程度地提高效率,減少浪費,同時提高工人的舒適度、減少安全隱患。
第九名:礦山安全穿戴
採礦過程中,人身安全始終是第一位的。
智能頭盔(SmartCap)公司推出了一款產品,這是一款搭載傳感器的PPE材質頭盔,他可以持續不斷地檢測疲勞度指標、測量預警,有效減少因精神不集中而產生的事故。
世紀礦業(Centennial Coal)公司發明了一款特殊的礦靴,能提供靴底穩定性和腳踝支撐,同時具備防水設計,在工作中全面保護工人健康。
第八名:礦山機械動力能源開發
南非礦業集團Harmony Gold已經發明出可直接利用的太陽能動力,他們還在做一項有趣的實驗,利用礦山培育生物作物,產生天然氣,應用於礦山機械和礦山裝備。
目前,汽車運輸作為靈活性最大的一種運輸方式,是國內礦山主要運輸方式之一,尤其在我國露天礦山,其年礦石運量佔比約為50%。在全國生態環保工作如火如荼的大背景下,礦山綠色運輸成為我國礦業領域生態文明建設亟需解決的重要一環,而新能源汽車開發是個重點。
2016年11月16日,全球首款採用新能源技術的礦用車——東風巨無霸混合動力礦用車DF45E在深圳第十八屆中國國際高新技術成果交易會舉行首發儀式。它的問世,不僅填補全球新能源礦用車的空白,也將帶動國內礦山運輸行業降低成本、突破困局。
第七名:三維地圖科技
3D地圖技術能夠幫助採礦團隊的所有人,包括管理者和一線礦工,在同一個視圖景象中工作。尤其適合一些條件較好的區域,採煤(礦)機一旦啟動,就能智能地在最短的時間內,一滴不剩地採完所有資源。目前該技術已得到廣泛應用。
第六名:X射線衍射科技的利用
衍射科技,對於辨別礦石中的有效成分幫助很大。著名的ALROSA已經將這一技術運用於鑽石礦中,並且正在擴大應用範圍。這一技術成熟之後,有可能實現將持續了上百年的「地下採礦」轉移為「地上採礦」。
該技術在試驗系統應用廣泛,但其應用範圍擴大進程較慢,且技術亟需突破,以適應大範圍、高精度的現場應用。
第五名:軌道系統自動化
上文提到,力拓最早進入自動化重型鐵路的探索,為繁忙的採礦組提供快捷、安全的運力,貫通礦山開採從挖掘到以後環節。礦山自動手推車和鐵路系統不僅將成為可能,還將成為常態標配。
第四名:重新設計挖掘機
引領挖掘機革命的是液壓技術。一些大品牌,例如日立公司優化了能耗與峰值任務表現之間的平衡。鬥山和沃爾沃也取得了巨大成就,他們深化了以前的設計,開發單一功能部件,例如用獨立履帶輪控制不可預知的失控情況。
第三名:仿真模擬器
VR技術,在礦上有其獨特的意義,目前,該技術主要用於培訓,可以解決書本知識無法解決的實戰問題,尤其適合緊急狀態、意外事故等無法還原場景的培訓。
近期,隨著5G技術的到來,VR技術將再次升級,5G不僅僅是下載速度快,而是傳輸速度非常非常快,代表著遠程操作的實時性將更加精確、更加穩定、更加便捷。
今年,華為「秀」了一把5G網絡下的遠程無人採礦系統。華為的這項技術,可以讓礦山工人們在任何一個地方,只需要坐在類似於駕駛室的控制椅上,通過操作臺實際進行控制,就能在大屏幕通過5G網絡,控制著操作臺上的操作杆,就能完成功工地的採礦挖掘,甚至礦產裝卸運輸等等!如果該技術搭配VR技術,則真正實現遠程實時,全模擬採礦。
第二名:環境友好型礦石開發技術
能源和水,是礦石開採流程中最大的兩項需求,然而,最新科技正在改變這一需求。力拓公司(Rio Tinto)建立了一套新的流程,命名為「銅業新浪潮(Copper NuWave)」。這一流程通過微波探測礦石中銅含量,有效識別富礦石和貧礦石,減少了資源浪費和無用功。
第一名:隧道掘進自動化
隧道掘進幾乎涉及礦業所有垂直利益:比如精準度、速度,目前還無法做到「一鍵解決」的自動化程度,但已經非常接近了。
特斯拉老闆埃隆·馬斯克入行基建工程,一舉拿下拉斯維加斯的一個基建項目。馬老闆這家基建公司名叫:the Boring Co.,boring這個單詞的意思,就是「隧道掘進」。
2016 年12 月17日,埃隆·馬斯克發Twitter吐槽說,堵車快把他逼瘋了,他要製造一個挖隧道的機器。後來他對媒體說,本來只是想挖著玩玩的,沒想到竟然挖出了新科技、挖出了礦業的新未來。
The Boring Company研發的 Line-storm 盾構機,最大的特點是實現了連續挖掘隧道。另外,以前的盾構、掘進需要多人操作,而 Line-storm 實現了自動化混凝土澆築工藝,工人可以通過 XBOX 控制器來操作,效率和安全性同時提升。
西班牙馬德裡卡洛斯三世大學正在開發一種能以全自動模式開挖小直徑隧道的機器人,據悉,該機器人將通過自動開挖技術、測繪與導航技術,實現地下線纜、地下水與天然氣管道的全自動化開挖施工。
該項目無論成功與否,礦業未來便是融合自動隧道掘進技術、自動測繪與導航技術、自動礦物有用組分識別與提取技術、自動填充與修復技術融為一體的智能掘進機器人。
《全國礦產資源規劃(2016-2020年)》明確提出未來5年要大力推進礦業領域科技創新,加快建設數位化、智能化、信息化、自動化礦山,採礦業的智慧化建設開始進入新階段。而在機器人與人工智慧加速爆發的積極形勢下,服務於採礦業的採礦機器人也迎來發展良機。
註:本文部分內容來源於煤機網、環球採礦網及網絡資料