北京走向矿业的未来智能采矿PPT课件

走向矿业的未来智能采矿,中南大学古德生2013年6月,前言现代采矿科学技术发展很快，新的学术思想、理论、技术不断涌现。纵观矿业发展的大趋势，我国金属矿业面临三大发展主题：坚持矿业的发展道路绿色开发开拓矿业的前沿领域深部开采走向矿业的未来目标智能采矿本报告要讲的是第三个发展主题智能采矿。进入21世纪，信息技术快速发展，给传统矿业带来巨大的冲击。我国是个矿业大国，但不是强国,1,是个相对落后的行业。要改变这种状况，唯一的出路是发挥后发优势,走工业化与信息化融合发展的道路,推进矿业走向未来智能采矿。下面讲六个问题：金属矿业支撑着国家经济发展以信息技术带动矿业的发展矿业工业化与信息化的融合矿山信息化的基础数字矿山矿业未来的目标智能采矿创新驱动智能采矿技术研究,2,一、金属矿业支撑着国家经济发展1.我国已成为世界工业大国工业发展速度与规模1979年,全国工业总产值约4600亿元，到2011年增加到85万亿元，增长了184倍。发展速度和规模前所未有。工业化水平2005年，我国工业化水平综合指数为50，多年来，综合指数年均提高4-5；到2012年，工业化水平综合指数已达到80左右,已由改革开放初的工业化早期阶段，进入到了工业化后期阶段。,3,2.国家的金属产量持续增长近十年来，金属产量大幅增长(如下表1)。从1990-2010年，人均GDP增长20.8倍，同期钢增长8.4倍，十种有色金属增长7.5倍。没有金属产量同步增长，就没有国民经济的可持续发展。,4,3.人均资源消耗强度的高峰期据有关研究，工业化过程中，随人均GDP的增长，人均资源消耗将呈“S”形曲线变化，（如图1）。,今后15-20年，我国人均资源消耗强度将达到高峰期，资源供给问题将更加严峻。,5,我国粗钢、铝、铜等主要金属消耗量，将于20152025年达到高峰期（如下表2）。,当前,我国六种金属Cu、Pb、Zn、Al、Ni、M0的人均消费量,只有美国的1/5.9-1/32.4。,6,4.主要金属资源的对外依存度高由于工业化城市化的快速发展，资源消耗猛增，资源对外依存度攀升（如下表3）。2010年中国人均GDP为7371美元,粗钢消费强度达69.4吨/百万美元,已超过发达国家消费峰值的上限，理应缓慢下行。但并非如此。,7,二、以信息技术带动矿业的发展1.人类文明过程中矿业的发展阶段(见图2)据人类各发展阶段的矿产品的需求，划分为:传统矿业阶段。铁.铜.铅.锌.锡.煤,是人类社会初期到工业化初期、所依赖的矿产品。现代矿业阶段。铝.铬.锰.钨.镍.矾.石油.天然气等，是工业化时期急迫需求的矿产品。新兴矿业阶段。新需求的矿产品有锗.铂.稀土.钛.锂.铀等，是后工业化进入高技术的时代。,8,目前,我国金属矿业正处于现代矿业的中期阶段。,9,2.我国金属矿业的基本状况矿山有19600多座，地下开采为主，分三类：少数现代化大型矿山。其装备技术水平和资源综合利用程度，接近矿业发达国家水平。相当数量的中型矿山。其装备为上世纪七十年代水平，资源综合利用率较低，管理粗放。大量的小型矿山。机械化程度低、管理粗放、安全、环境问题突出，资源浪费严重。我国金属矿业总体上落后于国家工业化的整体水平。,10,3.发展矿业信息技术的战略意义何谓信息技术？是研究信息的获取、传输和处理的技术；主要包括计算机技术、通信技术、传感技术和微电子技术。信息技术具有三个特性应用的广泛性；技术间的融合性；发展空间无限性。这些特性驱动着传统产业的变革、使企业效益倍增、工业化进程加快。,11,发展信息技术是重大战略举措信息技术是新技术革命的支柱：其一，是因为GDP增量的贡献最大,为其他产业发展提供了支撑；其二，是它对整个社会政治、经济、文化生活（从电子政务.电子商务.网上银行.现代服务业到多媒体和文化产业等）产生重大影响，对全球经济做出巨大贡献。改变人类一个时代。金属矿业如何实现跨越式发展，唯一出路是用信息技术改造传统矿业。,12,4.关于矿业发展路径的思考人类发展史是先有农业国的工业化，然后才有工业国的信息化。因此，有人就认为我国矿业的发展应该先工业化，后信息化，似乎“两化”只能非此即彼。持这观点人认为，矿业信息化并非当务之急，因此，矿业信息化也就举步维艰，这是个误解。事实上，信息化是发展最快、最为先进的生产方式，它代表了人类社会的前进方向。虽然信息化不能代替工业化，但它是各行业发展工业化的巨大推动力。,13,5.走工业化与信息化融合的发展路径我国矿业在面向未来的追赶中，应该选择现代化的运河战略走工业化与信息化融合的协调发展道路（见下图），理由如下：是实现矿业经济现代化目标的需要我国目标是在2050年达到发达国家水平。然而，当前我国矿业总体上只处于中等发达的阶段,如果走传统发展道路，则中国矿业现代化需要60-80年时间。所以，要开拓创新，另辟新径。,14,是经济全球化的需要世界矿业经济已经走向全球化。我国是个相对落后的矿业大国，矿产资源对外依存度很高，如果走传统发展道路，中国矿业如何适应经济全球化，参与国际矿业的竞争。基于上述原因，中国矿业必须利用先进信息技术这一后发优势，走工业化与信息化融合的协调发展道路，才有可能实现跨越式发展，实现矿业强国的梦，别无选择。,15,16,三、矿业工业化与信息化的融合1.何谓信息化？在信息网络环境下，高度应用信息技术，共享信息资源，人的智能潜力和社会资源潜力得到充分发挥，个人行为、组织决策和社会运行趋于理想状态。这个由信息技术驱动的经济增长和社会发展模式的转变过程，称为信息化。,17,2.“两化”融合的内涵1993，开始讨论“两化”融合问题。其内涵是：发挥信息化的主导作用。在“两化”融合中，由信息化主导矿业工业化的发展方向，以信息化带动工业化，以工业化促进信息化。推动“两化”彼此兼容和渗透。“两化”的融合，是信息技术产业的发展与传统矿业改造的紧密结合，是两者兼容和渗透的动态发展过程。实现“两化”融合的目标。推动矿业的优化和升级，从而实现传统矿业的改造和跨越。,18,3.以信息化推动矿业的发展我国金属矿业落后于国家工业的总体水平表现在六个方面：矿业增长主要依靠要素投入，技术水平提升缓慢，不可持续；矿山装备研发能力不强，中小企业的技术装备长期得不到更新;行业组织结构问题不少，设计、研究与生产脱节；科技研发能力相对薄弱，缺乏重大创新性成果；缺少有竞争实力的跨国企业；高端的工程技术与管理人员严重不足等等。,19,矿业要顺应信息化的大趋势欧盟曾发表21世纪的挑战和道路白皮书，把建立信息化社会看作是“21世纪的生死攸关的问题”。在国民经济中信息经济正逐渐占据主导地位。一些有识信之士已认识到：信息化已逐渐成为衡量一个国家和一个企业发展水平的标志。只有重视信息化基础建设，推进矿业“两化”融合，才能实现矿业的升级改造，实现矿业的跨越式发展，与其他行业同步走向知识经济。,20,4.智能采矿是向知识经济过渡的产业形态何谓“知识经济”？是指建立在知识与信息的生产、传播与应用基础上的经济。它是相对于工业经济而言的概念。知识经济的基本内涵以智力资源为依托，高科技产业为支柱,以知识和技术创新为动力，以创造教育为本源的一种新型经济。信息技术是推动矿业走向知识经济的主导技术；智能采矿是矿业向知识经济过渡的产业形态，该形态的表述可参考下表。,21,22,四、矿山信息化的基础数字矿山1.何谓“数字矿山”在统一时空框架的矿山整体环境下，对采矿过程及其相关工程响应进行统一描述、全面监控、数字表达与集成，并由此再现的虚拟矿山，称为数字矿山。在数字矿山发展过程中,出现许多如数字矿山、智能采矿、智慧采矿、自动化采矿、遥控采矿、无人采矿等等同义词，近义词。其中“数字矿山”和“智能采矿”两词比较科学，但它所表述的不是同一概念。,23,2.数字矿山的初期发展矿山数字化的研究，可追朔到上世纪60年代，即电子管计算机年代，当时只用于通风网络解算；上世纪80年代微电子技术的发展，矿山数字化和信息化的研究，主要作为一种数值计算与模拟的辅助工具、用于矿山管理与采矿技术领域；早期的矿山智能化的研究，多局限于单台矿山设备的操作与自动控制；,24,矿山信息化与智能化研究，长期处于独立进行之中，上世纪末，才开始矿山整体信息化智能化的探索，进入了智能采矿研究的新阶段。3.矿山数字化、信息化与智能化三者的关系数字矿山是实现矿山信息化与智能化的基础环境；矿山信息化智能化的融合与发展，是实现未来智能采矿的创新过程；而智能采矿是矿山数字化、信息化与智能化发展的最终目标。三者的关系，表现为相互渗透、融合的有机整体。,25,4.数字矿山涵盖的基本内容为了对数字矿山有个基本了解和实感认识,数字矿山的主要内容概略表述如下：矿山空间数据获取与应用；矿山地质建模与空间插值技术；基于空间信息模型的采矿系统工程；矿床开采方式与优化；数字化采矿设计；矿山生产计划编制技术；采矿模拟仿真与虚拟现实；矿山数字化的生产与安全管控系统；智能采矿装备与自动化技术。,26,五、矿业的未来目标智能采矿1.何谓“智能（化）采矿”？在矿床开采中，以开采环境数字化.采掘装备智能化.生产过程遥控化.信息传输网络化和经营管理信息化为特质，以安全.高效.经济.环保为目标的采矿工艺过程，称为智能采矿。未来矿山的智能采矿，是富有知识经济时代特点的采矿模式，是21世纪矿业发展的前瞻性目标。它将给矿业带来根本性的变革。,27,2.实现“智能采矿”的基本任务创建采矿生产管控一体化的综合信息平台。采用信息技术实现资源科学评价与管理、优化开采设计与生产计划、保障安全环境监测与预警等。研发大型化智能化的遥控与自动定位采矿设备。特别要加大投入,加强矿山智能化采矿设备的研制.没有先进装备,就不可能有先进工艺。创新与智能设备效能相适应的高效采矿技术。三类采矿法：阶段自然崩落法、阶段矿房连续回采嗣后充填采矿法和开采环境再造阶段落矿采矿法。,28,3.智能采矿的基本框架（见下图）,采矿生产管控一体化信息平台,信息技术,智能技术,数字化矿山,智能采矿,矿业未来追求目标,智能采矿创新过程,智能采矿基础平台,与智能设备相适应的采矿技术,远控遥控自动定位采矿设备,29,4.“智能采矿”的基本内涵矿床模型与矿床开采设计数字矿山软件;金属矿山采掘、装载、运输等智能设备;适应智能设备作业的高效采矿工艺技术;矿井数据采集、通讯与视频的传输网络;矿山移动设备遥控与生产过程智能控制;矿山系统智能监测与作业运行集中遥控;矿山生产计划组织与经营管理信息系统.智能采矿是个渐进的发展过程,在这过程中,其科技内涵将不断丰富、扩展和延伸。,30,5.国外的智能采矿的研究智能采矿实例上世纪90年代,芬兰.加拿大.瑞典为了取得竞争优势,就开展了“智能矿山”研究。举三例：瑞典基鲁纳矿（Kiruna）采用无底柱分段崩落法。1970年,在地面控制室实现了遥控井下凿岩台车和装载机作业；以后，又实现了主运输平巷的机车无人驾驶和机车自动卸载。从而全面实现了地下矿的智能采矿。,31,加拿大国际镍公司（lnco）1996-2000年,智能采矿五年计划的研究内容:先进的地下移动计算机网络;采矿过程监控与遥控软件系统;适合远程遥控采矿的特殊采矿法;先进的智能化采矿设备;地下铲运机的自动定位和导航系统。效果:采矿作业从每天（24小时）一个循环.提高到三个循环；采矿劳动生产率从2006年的3350吨/人年，提高到2008年的6350吨/人年。,32,智利特尼恩特（Teniente）是年产矿石千万吨的地下矿山，采用自然崩落法。采用遥控化出矿，采矿控制室设在地面，距生产区15公里；单一采区产量达到10000t/d，另一个正在建设的采区,产量将达到28000t/d国外研究矿山智能与通讯设备的简况目前，研制智能设备的主要有三大公司：阿特拉斯（Atlas.copco）公司、山德维克（sandvik）公司，卡特彼勒（Caterpillar）公司。,33,已用于生产或已经完成试验的采矿智能设备有地面遥控的自动化凿岩台车、铲装运设备的自动定位和导航、地面遥控全自动装载机、无线导向矿山电动卡车、地下矿山无线通讯系统等。尚未完成研究试验的设备有喷射混凝土作业的自动化、装药自动化、设备位移与维修智能化等。,34,35,6.我国“智能采矿”的起步研究已开展的国家级主要研究项目数字化采矿关键技术与软件开发井下采矿遥控关键技术与装备的开发千米深井地压与高温灾害监控技术与装备地下金属矿智能开采技术863，国家投入了一个亿。此外，也开展了一批国家自然科学基金项目。,36,我国矿山信息化智能化研究简况主要成果：一些矿山已经建立了井下光纤主干通讯网络；开发了与智能采矿相关的无线数字通讯技术；采用了井下人员跟踪定位系统和井下地压灾害监控系统；研发了大一批具有知识产权的矿业软件；大批矿山进行了数字矿山基础建设；一些进口智能采矿设备得到了应用等等。,37,六、创新驱动智能采矿技术研究1.大力推进智能采矿技术研究发展矿业软件产业近几年来，出现了许多从事矿业软件开发的企业，研发队伍迅速壮大，国产矿业软件产品,基本上取代了进口产品，市场潜力很大。当前，软件开发要重点解决的是:包括矿产资源评价、开采优化设计、安全生产管理、生产过程管控等、各种功能集于一体的矿山综合信息软件平台的开发，以实现资源高度共享，为智能采矿提供信息支撑。,38,建立智能采矿示范采区实践智能采矿，要从建设示范采区起步，首先在生产矿山引进全套智能设备，建立示范工程。试验不要过分追求眼前效益，主要目标应着眼于引进技术、产业升级、转型发展、跨越发展，走新型工业化道路。示范工程要尽快启动。一些比较落后的发展中国家，都在准备推进智能采矿试验，如蒙古OyuTolgoi铜矿、巴布亚新几内亚Wafi金铜矿、菲律宾Didipio金铜矿等。,39,引进国外先进设备与技术我国矿山设备制造落后,要加大投入,以基础较好的厂家为主体,开发遥控采矿设备。在可能条件下,应该走技术引进-消化-吸收-再创新的道路,这比重复他人老路搞开发要快、要好。从实际出发逐步推进我国金属矿山数以万计，大中型矿山是推动智能采矿的主力，应该走在前头，做出示范；小型矿山应依据自身条件，有选择地移植、集成、开发应用相关成果，分步推进，不断提升科技水平。,40,2.实现“智能采矿”需要多学科交叉采矿工程是一个科技覆盖面很宽、综合性很强的工程学科，实现智能采矿涉及的学科领域广泛，需要众多学科交叉。学科包括：矿产资源工程、数字地质学、测绘科学与技术、采矿学、岩体力学、安全科学与工程、现代工程管理、环境工程学、数字矿山技术、现代矿山装备与技术、计算机科学与技术、信息与通信工程、电子科学与技术、控制科学与工程、电气工程、统计学、系统工程等等。,41,3.矿业人在实践“智能采矿”中的主导作用在推进矿业信息化、实践智能采矿的过程中，采矿工作者不是旁观者，应该起主导作用。现在仍然有人认为：人类的发展史是先有农业国的工业化，然后才有工业国的信息化，我国矿业工业化尚未完成，所以，矿业的信息化不是当务之急，这显然是误解。前面已经对“两化”融合的必要性和理由作过阐述了。,42,其次，又有人认为，矿业信息化是搞矿业软件开发人（信息产业人）的事，与采矿技术人员关系不大，这又是一个误解。信息产业是生产信息通信工具（软件）的产业，而信息化是指科技工作者利用信息产品（所包含的技术）驱动矿业经济增长和发展模式转变的过程，作为从事和主导开采设计、矿山生产、经营管理的采矿工作者，推进矿山信息化理所当然是份内的事，是应尽的职责。,43,特别应该指出：由于我国矿业正面临开采条件恶化、开采深度增加、矿石品位下降、安全环保标准提高、市场价格波动等等不利环境。在这种情况下，推进智能采矿虽然离不开众多学科专家参与，但真正要实现安全、经济、高效、环保的目标，在开采方法、工艺技术、生产系统与经营决策等关键技术面前，采矿工作者始终处于主导地位，责无旁贷。所以,在推动和实践“智能采矿”的过程中,采矿工作者应该积极、主动，充分发挥主导作用。,44,4.完善现代采矿工程人才的知识结构人才是事业发展的决定因素知识经济时代，知识是第一生