洛阳钼业三道庄露天矿智能化建设探索与成效
洛阳栾川钼业集团股份有限公司（简称洛阳钼业）主要从事基本金属与稀有金属的采、选、冶等矿山采掘和加工业务以及矿产贸易业务。洛阳钼业拥有全球三大钼矿田之一的河南栾川三道庄钼矿（简称三道庄露天矿），该矿早在2006年就开始信息化和数字化建设，逐步形成综合型管控系统，并于近年升级到智能型的生产综合管控系统。为消除地采转露采诱发的采空区安全隐患问题，解决作业环境恶劣、矿业人员老龄化严重、人才短缺、人力成本攀升等系列问题，三道庄露天矿积极开展智能无人化采矿装备的研发与应用，多智能体协同作业的全局路径规划和局部路径规划，使车辆运输效率和设备综合利用率大幅提升，司机、安全员等劳动力成本及综合运输成本大幅降低；另外基于三道庄露天矿在钼、钨、铜、岩性、氧化率等多因素影响下精细化配矿管理的现状，提高了贫矿及低品位伴生矿石的利用率，降低了岩石的剥离率。三道庄露天矿为推动洛阳钼业在矿山智能化建设的道路上走得更远、更稳，目前正在逐步进行智能化优化及升级，为全面推进“智慧洛阳钼业”奠定坚实基础。
文章来源：《智能矿山》2024年第6期“露天矿智能化技术创新与实践”特刊“智能示范矿井”专栏
第一作者：王洛锋，正高级工程师，硕士，主要从事矿山开采、工程爆破和智能矿山工作
通讯作者：田静妮，工程师，硕士，主要从事机器学习工作
作者单位：洛阳栾川钼业集团股份有限公司；西安建筑科技大学；西安优迈智慧矿山科技有限公司
引用格式：王洛锋，王子涵，马平平，等.洛阳钼业三道庄露天矿智能化建设探索与成效[J].智能矿山，2024，5（6）：39-44.
智能化建设整体规划
洛阳钼业坚持以“成为受人尊敬的现代化世界级资源公司”为愿景，以少人无人为导向，以数字赋能为重点，通过智能化建设实现采矿设备自动化、开采数据可视化、开采过程透明化、采掘现场无人化、矿山环境低损化，采取“规划先行+目标引领”的建设思路，推动露天矿安全、高效、智能、绿色发展。
整体规划目标
三道庄露天矿智能化建设重点为优化基础网络、露天智能采矿设备（具体包括远程操控基础设备、纯电动矿用卡车、无人驾驶）、露天智能生产管控系统（无人机动态建模、多金属多目标智能配矿、多模式智能调度）等，实现开采环境绿色化、采剥装备智能化、生产过程遥控化、信息传输网络化和经营管理信息化。
总体框架思路
三道庄露天矿立足于现有矿山智能化建设基础，强化生产单元智能化向矿山各生产系统智能化迈进，推动矿山从系统智能化向智能系统化进阶，利用智能化技术赋能减人、改善作业环境、降低劳动强度，把作业人员从危险区域及恶劣环境中解脱出来，实现矿山设备信息化、高级自动化升级改造，视频监控、环境管理、边坡监测、智慧经营与决策等一体化管控平台智能化升级，新能源纯电动技术与智能装备完美结合，使智能驾驶在矿山企业规模推广成为现实，矿业生产进入“智能+绿色”新时代。三道庄露天矿智能化建设总体框架如图1所示。
图1 智能矿山建设总体框架
智能化建设案例
三道庄露天矿智能化建设整体规划遵循“顶层设计、分步实施，先进合理，实用可靠，互联可扩”的原则，建成了覆盖矿区基础开采设计平台，三维数字孪生平台，无人驾驶系统及包含安全、生产、调度、运营于一体的综合管控平台（图2），实现了矿区全产业链要素实时动态监控和生产任务动态管理。
图2 三道庄露天矿一体化综合管控平台界面
矿山数字化开采设计平台
三道庄露天矿利用采矿设计软件进行矿山地质数据解译、地质储量估算与数据管理、地质模型构建和三维可视化；基于云端技术和GIS技术建立测绘管理系统，动态更新矿山三维实景模型；与质量化验系统无缝连接，维护在线爆堆及炮孔数据；模拟制定矿山开采计划，结合配矿模块形成爆堆管理数字化，实现了矿山“采、验、运、排”线路精准规划。
矿山三维数字孪生
三维数字孪生将矿山现场集控中心和地面监控平台融合，利用无人机倾斜摄影技术搭建三维可视化平台，将平台作为矿山管理门户入口，与矿区监控系统、卡车调度系统、安全监测系统、环保监测系统、人员定位系统、水泵控制系统及应急指挥系统等进行对接，实现对矿区的“一张图”管理；另外三维数字孪生平台（图3）具备数据分类、分析、挖掘、融合处理等功能，实现了各系统之间数据的互联互通与融合共享，成功解决了“信息孤岛”“信息烟囱”等问题，实现了业务融合、智能分析。
图3 三维数字孪生平台界面
矿山智能配矿系统
质量化验系统流程主要包括收样、采样、送样，整体系统通过二维码一码实时管控，且该二维码和系统无缝对接，提交样品送检之后，样品检测结果可在系统直接查询，化验完成后，检测结果自动录入系统。配矿系统根据化验结果分析并构建爆堆品位数据库，实现爆堆数据可视化管理，另外爆堆数据融合地质数据可精准掌握矿石品位分布；依据爆堆品位及矿山现场挖机作业能力，利用独有的多目标智能配矿模型自动生成最优配矿计划，按照设定的产量、品位、氧化率、岩性等约束条件，在爆堆之间计算最优的矿石搭配方案，细化到爆堆铲装位置、出矿量、品位等配矿方案数据（图4）；在配矿计划实施过程中，构建符合矿山生产经验的配矿实时监控模块，实现配矿计划指标执行情况的自动监控，实时反映入矿点的入矿量和入矿计划的完成百分比情况；并且依据矿山实际开采情况，实时计算矿山配矿计划的完成情况，无需工作人员线下进行数据的二次处理，配矿生产监控、执行管控与车辆调度模块进行联动，按需自动调整入矿点的矿石量，从而自动控制入矿矿石的品位波动，为露天矿生产优化调度提供科学依据和数据保障。
图4 智能配矿界面
矿山智能调度系统
智能调度系统通过建立RTK参考站实现矿区作业设备的厘米级定位，根据矿山实际情况进行调度参数配置，对矿山实际电铲、车辆进行灵活分组后根据矿山实际生产进度情况实现自动派单，派单模式下实现一车一单一派。同时可按实际生产需求定铲配车并在应急情况下对派单进行人工干预。调度模块进行派单后，司机可通过手机进行接单和查看调度信息；最优运输路径可根据挖机装载能力、卸载点情况、路网情况等信息由APP自动规划，并在派单后指引车辆进行装载作业。当挖机或破碎站出现故障时，工作人员可以在调度模块中一键停止派单。矿山设备调度状态信息界面如图5所示，具体铲装作业如图6所示。
图5 设备调度状态信息界面
图6 铲装作业
矿山智能辅助系统
三道庄露天矿边坡安全通过GNSS综合监测系统（图7）和IBISArcSAR全方位车载式边坡监测雷达系统（图8）进行监测和预警。系统将监测数据集成到一体化管控平台，初步实现监测数据和生产联动。
图7 边坡监测及实时监测数据查看
图8 边坡监测雷达系统
针对恶劣的生产作业环境和危险区域，矿区作业设备通过安装定位终端和限定作业区域保障铲装运输安全，当铲装设备进出限定区域时系统自动发布警报；系统通过矿区人员佩戴的智能安全帽自动获取人员位置信息（图9），矿区人员也可将照片、录像及语音求救等数据上传至综合管控平台，保证平台实时获取危险作业区域的人员情况。
图9 车辆设备及人员管理界面
针对卡车司机超速和疲劳驾驶等不安全驾驶行为，通过监测车辆速度、图像视频AI分析等实现对驾驶行为的实时监测；全矿采场采用鹰眼和重点设施监控对整个采场全方位布控，监控主要固定性设施的日常工作情况和设备状态。
无人驾驶实现多编组无安全员常态化
针对无人驾驶作业场景复杂、效率较低等难题，三道庄露天矿搭建了集成“车端、协同设备端、云控平台端”于一体的无人驾驶系统，应用激光雷达、惯导等感知技术以及数字孪生、协同作业等多元系统，使车辆可在寻迹行驶的过程中自动避障。同时搭载纯电动矿用卡车（图10）实现多编组无安全员常态化运行。与同等功率柴油运输车相比，无人驾驶矿用卡车能耗及维修费用降低50%以上，利用重载能量回收系统，矿山路况下能量可回收25%~30%，一次充电可满足8h运输需求，基本实现零排放。
图10 无人驾驶矿车行驶及装载
智能化建设创新成效
基于云服务的露天矿无人开采一体化管控决策平台
三道庄露天矿无人开采一体化管控决策系统平台采用GoogleMap、物联传感等前沿技术实现各种生产信息的传输与展现，在掌握无人驾驶卡车位置轨迹的基础之上，通过车辆自动运行，给予调度决策依据，自动智能调配车辆运行，自动化完成生产的精细化配矿和车辆的计量统计，将设备状态、计划完成率、工效及能效等数据通过智能数据关联分析技术，实现了生产大数据决策分析。另外，将边坡监测、矿区设备及人员作业状态数据集成至一体化管控平台，实现了边坡监测远程化、无人化管理，既能获取实时边坡位移数据提高监测效率，又能为作业安全提供保障；通过集成设备及人员作业信息，提高了管理效率，营造了安全的矿山运营环境，实现了露天矿无人开采智能管控平台一体化（图11）。
图11 一体化管控操作平台
多金属多目标露天矿全要素精细化配矿模型
针对多金属伴生露天矿配矿的特点，三道沟露天矿对影响生产配矿的常规性定量化要素和非常规性定性化要素进行全面深入分析，利用机器学习分析各要素与选矿回收率之间的内在关系，研发了多金属多目标露天矿精细化智能配矿技术。实现了在不同时间粒度下，将生产过程实时数据作为模型计算动态参数，自适应调整不同时间段下的配矿计划，在露天矿钼、钨、铜、氧化率、岩性等多因素影响下达到精细化配矿管理。实现了贫矿及低品位伴生矿石综合利用，降低剥离成本，减少排土场库容占用；同时，在稳定钼品位的基础上，大幅降低了钨品位波动，钼钨综合品位波动率由原来的8.35%降低到3.62%，综合品位波动率降低了5%以上，提高了低品位伴生矿产资源综合利用率10%以上，大幅提高了矿山的资源综合回收利用率。
无人驾驶多车协同和自动派单智能调度技术
在车铲定位、运输过程及实时路网等数据基础上，以多智能体协同作业为对象，增加智能派单式调度管理模式，综合考虑生产能力、故障状态、路径、排队情况等，构建多目标露天矿智能调度模型，并根据历史数据和经验数据提出相应的进化优化求解算法，实现了露天矿多智能体协同作业规划；实现了有人驾驶和无人驾驶电动车混合编队的自主智能调度，通过平台自动派单，解决了车辆排队等待时间长、效率低等问题，使设备综合利用率大幅提升，车辆运输效率提升22%，年节约运输成本7000余万元。另外，随着零碳及无人化智能工作面建设的逐步推进，矿区运输能力达到450万t/a，有力地促进了企业的升级转型和可持续发展，无人矿山建设也达到了本质安全及高效低耗的目标。
结语
洛阳钼业三道庄露天矿将物联网、云计算、大数据、人工智能、5G等新一代信息技术与传统矿业相融合，从矿山开采设备的智能无人化、生产主要业务和辅助业务的数字化、开采作业过程和生产设计的可视化及矿山生产综合管理4个方面开展矿山智能化建设，深刻把握新一代人工智能的发展特点，积极探索人工智能创新成果应用转化，将智能生产管控系统与智能装备相结合，实现矿山生产机械化换人、自动化减人、智能化无人，有效破解了制约生产的产品价格处于低位、作业环境恶劣、人才短缺及人力成本攀升、安全环保要求等难题，有力推动了矿山产业转型升级、降本增效及企业高质量发展。
来源：智能矿山杂志
