有色矿冶国家队｜中国恩菲智能矿山（上）

　　中国恩菲依托“有色矿冶国家队”的技术优势，在中国工程院院士、公司高级顾问专家于润沧的指导下，组建了一支多专业融合的智能矿山技术团队。多年来，通过持续不断的技术创新，中国恩菲全面掌握自动化采矿、有轨运输无人驾驶、提升机自动控制、充填自动控制、智能供配电、按需通风、固定设施无人值守、选矿自动化、尾矿库在线监测、多源异构数据采集、虚拟矿山建设等方面的“智能+矿业”技术，并在多个矿山成功推广应用，实现成果转化，有力促进了矿业信息模型（MIM）体系的构建，打造了从整体规划、方案设计到施工建设、生产运营维护直至闭坑的全生命周期'一站式”技术服务体系，支撑传统行业转型升级。

一、智能矿山MIM+数字“一体化”解决方案

　　中国恩菲的智能矿山MIM+ 数字一体化解决方案包含三个主要部分：全信息可视化（MIM Transparent）、全流程数字化（MIM Digital）、运营周期数字孪生（MIM Twins）。

全信息可视化（MIM Transparent）能够实现工程顶层设计数字化，使工程建设实施单位按照统一标准协调工作；覆盖项目建设和运维两大阶段的全生命周期数据流；进行建设期三维模型、设备材料、数据信息、勘察设计施工管理的全信息展示和运维期实时生产控制数据、运行维护数据和企业管理数据的全信息可视化展示。

全流程数字化（MIM Digital）凝练了中国恩菲智能矿山数字融合技术DFCT（Digital Fusion Communication Technology），由“一系统、一网络、一平台”构成：

　“一系统”数字融合控制系统DFCS：DFCS能够通过智能融合控制单元和边缘计算终端、多元数据智能采集单元、多元数据融和一体化基站，实现矿山全生产流程的生产监控与全要素数据采集和边缘端智能控制。

“一网络”多元数据融合网络MDFN：MDFN采用工业互联网数据安全穿透数据稳定传输技术，通过统一的边云协同工业互联网解决方案，在矿区建立一个灵活的、可扩展的、低成本的多级、分层、融合网络。以一体化融合技术构建的多元融合网络为核心，覆盖整个矿山生产、业务流程，构建全矿生产信息高速公路，有效简化网络结构、提高数字融合程度、降低基建投资、减少运营维护费用。

“一平台”生产管控统一平台UPCP：UPCP通过生产管控可视化、信息处理智能化、协同运营一体化，实现监视、控制、调度、管理、运维、经营等领域，将采场、设备、人员、能源、安全、环境各系统集成在同一个平台进行协同管控，极大地提高了矿山运营管控的效率和效能。

运营周期数字孪生（MIM Twins）将中国恩菲近70年的工程设计、工程数据、项目实践经验相结合，搭载三维建模技术、系统仿真技术、工程仿真技术、虚拟化技术、大数据服务技术、云计算技术、专家系统技术、人工智能技术等，建立虚拟系统与物理系统实时数据耦合和交互接口，实现虚拟系统与物理实体对象的同步映射互联，能够有效为矿山生产运营及工艺现场提供方案评估、动态优化、应急处置等智能化、可视化辅助决策。

二、自动化采矿技术

　　自动化采矿技术是以开采工艺、智能装备、操作平台为核心的远程自动化采矿技术体系，其内容包括安全门禁控制系统、智能设备地表操作平台、通讯网络系统、自动化铲运机设备以及机载设施等。自动化采矿根据不同矿体赋存条件选择合适的采矿方法，通过优化采矿工艺和采切工程，最优布置关键出矿系统和安全管控系统。矿山生产过程中，在地表中控室由一人控制多台铲运机或无轨卡车，协同完成井下自动化铲、装、运作业，提高设备利用率和采场出矿效率，减少井下作业人员。

三、有轨运输无人驾驶系统

　　有轨运输无人驾驶系统是中国恩菲自主开发的专利产品，于2012年实现亚洲首例有轨运输无人驾驶系统的应用。该系统针对有轨运输环节工作环境恶劣、工作效率低、人工作业强度大、系统分散和智能化水平低等难题。以中国恩菲无人驾驶电机车系统的自动运行和运输全环节的融合化控制为基础，解决了矿山生产运输环节的本质安全问题，彻底取消了矿山有轨运输环节的现场操作人员，可减少75%操作人员，大幅提升运输效率，并全面提高矿山运输工艺环节的信息化水平。

（1）系统组成

　　有轨运输无人驾驶系统包括：无人驾驶远程控制系统、电机车控制系统、双机牵引头尾通信系统、自动运输系统、网络通讯系统、装矿远程遥控系统、转辙机控制系统、料位监测系统、障碍物检测系统、视频监控系统、自动计量系统、电机车精确定位系统。

（2）技术特点

◇双机牵引技术

　　国内唯一掌握无人驾驶电机车双机牵引、双机联动、负载平衡技术的单位。

◇网络技术

　　国内唯一实现基于不同技术的双无线热冗余网络系统、信息多路径最优切换技术的单位。

◇融合技术

　　规划运输中段智慧矿山“一张网”系统，采用融合技术，实现“多网合一”、多系统合一。

◇严苛环境适用性

　　实施了中国海拔最高的无人驾驶系统、实施了千米深井无人驾驶系统、唯一在国内外都有成功实施案例的单位。

◇高可靠性

　　多达40项的安全保护功能，车载设备元件级的防震设计，元件级的故障自诊断。具备完备的无人驾驶健康诊断系统。

◇信息化技术

　　全运输环节的生产数据、设备数据、运行数据自采集自分析，全面提升矿山运输的管理水平。

◇远程运维技术

　　依托中国恩菲的中国矿业协同创新中心，实现对现场系统的实时远程运维。

（3）项目业绩

　　中国恩菲自2011年启动无人电机车自动化采矿综合技术研发以来，已成为国内唯一掌握无人驾驶电机车双机牵引、双机联动技术的单位。目前，中国恩菲自主开发的无人驾驶有轨电机车已成功应用于铜陵有色金属集团冬瓜山铜矿、云南黄金集团红牛铜矿、赞比亚中色非洲矿业谦比希主西矿体等国内外地下矿山项目，有效帮助客户提高生产率、降低成本、解决劳动力短缺等问题。

（4）美誉殊荣

　　中国恩菲无人驾驶技术共获得各类专利授权30余项，在国内核心刊物公开发表技术论文11篇。“有轨运输无人驾驶技术”研究成果被中国有色工业协会鉴定为“国际领先”，并获中国设备管理协会全国设备技术及管理创新成果特等奖一项、中冶集团技术发明一等奖一项、中国有色金属工业协会科技进步二等奖一项、中国有色金属工业协会优秀工程咨询二等奖一项、云南省工业互联网“三化”改造试点示范项目一项。

四、提升自动化控制系统

　　提升机电气传动及控制系统为矿井提升机供电，是控制提升机完成各类提升任务和提升循环的重要系统。

　　中国恩菲长期进行提升机电控系统科研开发、集成设计供货及安装调试工作，形成了具有自身特色的竖井提升核心专长技术。1978年，中国恩菲研制了国内第一台电枢反并联12脉动晶闸管变流器并应用于金川二矿区东主井，同年开发的驱动1250kW提升机直流电机获省部级科技进步二等奖。2008年，中国恩菲“提高竖井提升机能力的综合研究与应用”项目荣获中国有色金属工业科学技术奖三等奖。

　　2002年，中国恩菲完成了赞比亚谦比西铜矿主井提升机（双卷筒缠绕式）电控系统的系统集成设计、供货、调试等一系列工作的交钥匙工程，实现了竖井提升双箕斗全自动运行，该提升机是我国出口的第一台大型提升机电控设备（4000kW）。

（1）设备规格

　　按电气传动形式分类：直流电控系统（6脉动、并联12脉动、串联12脉动），交流电控系统（380V、690V、3kV、6kV、10kV）。

　　按提升容器形式分类：罐笼电控系统、箕斗电控系统、箕斗-罐笼电控系统。

（2）产品特点

　　控制系统保护功能完善，可实现多项关键冗余保护，确保系统安全运行。

　　控制功能完备，自动化程度高，可实现无人值守和多台提升机远程集中监控（金川集团龙首矿，8台提升机集控每班仅需2~3名卷扬司机），有效减少劳动定员。

　　支持远程维护，有效降低故障停机时间。

　　电气传动装置工作稳定，故障率低。

（３）应用领域

　　非煤矿山各类矿井提升机

（４）项目业绩

　　金川集团股份有限公司龙首矿、招金矿业股份有限公司夏甸金矿、铜陵有色金属集团冬瓜山铜矿、中色非矿赞比亚谦比希铜矿、中色卢安夏赞比亚巴鲁巴铜矿、巴基斯坦杜达铅锌矿等。

五、智能配电与融合控制系统

　　中国恩菲矿山融合控制系统将地下采矿全过程作为一个整体的解决方案，将配电和自动控制的深度融合，再通过融合网络的建设能将矿山总体重新“化零为整”，把目前地下采矿配套的工艺系统通过技术方法有机地结合为一个整体，形成矿山全要素综合管控平台。

（1）系统理念

　　中国恩菲的融合控制系统在综合控制系统的基础上，实现各专业各系统（供配电、控制、网络）之间的相互交叉、相互渗透、信息相互引用、资源相互共享层面上的融合；在硬件设备上实现各个子系统之间交集的共享、最大限度减少控制设备的品种，统一技术标准和通讯规约。这种融合应从矿山总体集成、到各个子系统的实施标准，最后到所有系统纳入地下公网搭建的管控平台全范围进行融合。

（2）系统特点

◇电力管控、自动控制和网络的融合化

　　电力系统、控制系统和网络系统有很强的依赖性，本系统打破三者之间的隔离状态，统一规划集成开发，大幅减低建设和运营成本，并结合融合后的协同管控，形成对工艺流程的智能诊断和智能保护。

◇固定设备值守的无人化

　　实现各工艺环节的固定设备和配电系统的自动化运行，智能化诊断，远程化监视等功能，实现现场的无人值守。

◇设备管理运维的预维护化

　　实现设备的全生命周期管理，建立出设备运行健康档案，并将诊断出的维护数据通过融合系统直接推送到全矿生产管控中心，实现现场数据不落地，大幅度提高维护和管理效率。

◇底层数据链的完整化

　　全面实现专业、设备、系统、流程、中段、班次之间的数据共享，为智能综合诊断、大数据分析、专家系统和智慧云系统提供详实的数据基础。

◇底层架构设计的标准化

　　从硬件到软件的标准化设计使传统系统集成工作量减少70%以上，大幅度降低系统集成和维护的工作量，让工程技术人员从繁杂和重复的工作中解脱出来，专注于优化和完善工艺流程工作。

（3）应用效果

　　目前，该融合控制系统在赞比亚谦比希铜矿东南矿体已经成功实施，项目实施后，实现了在全矿生产管控中心全面管控井下各生产系统、控制系统和配电系统的融合管控。大幅减少作业人员和维护人员数量，从根本上避免了矿山常见的重复建设问题，通过融合通讯技术减少控制电缆50%以上。大幅度提高维护和管理效率，减少矿山辅助人员的使用，创建全新的矿山运行管理模式。

六、充填自动化控制系统

　　充填自动化控制技术体系由锥形底立式砂仓脱水充填技术、尾砂浓缩贮存装置充填技术、深锥脱水充填技术组成。该技术体系采用基于工艺需求的智能控制系统，实时优化调节各种液位、流量和计量等关键参数；通过自适应的工艺智能分析和APP移动终端，实现人工控制与自动控制的无扰动切换，从而完成'一键式充填”。

　　中国恩菲依托成熟的工艺和丰富的经验，自20世纪60年代至今，在分级尾砂、全尾砂和膏体充填领域均取得丰硕成果，成功开发了一系列核心专利技术，先后获多项技术荣誉。

七、排水泵站无人值守

　　矿山智能排水与泵站无人值守系统将视频监视、智能控制与通信系统深度融合，整合高低压智能配电、水泵远程监控、智能巡检、门禁管理、环境监测和自动化排水系统，在保证排水泵站安全可靠运行的基础上，实现地表中控室远程监控井下无人值守变电所和水泵的运行情况、高压真空配电装置和通讯网络的综合监测与控制，供电设备和泵站的“三遥”控制，自动生成多种记录和统计报表等功能，达到节能减排、降低成本、减少劳动定员和提高经济效益的目标。

八、溜破与胶带自动控制无人值守

　　溜破与胶带自动控制无人值守系统采用先进可靠的过程优化自动控制系统，通过搭建相关硬件平台、网络架构和系统组态，对整个生产过程和各项运行指标进行自动化控制和信息化管理。其功能包括溜井和矿仓的料位实时监测，设备的远程控制、就地启停、状态监控，胶带运行的安全监测、智能巡检、温度探测，破碎机-振动放矿机-胶带及电气设备的动态检测与采集、数据实时双向传输及设备联动等系统。通过中控室自动完成整个生产工序的启停操作，可实现工艺过程、工艺参数的自动调节和控制，提高产品质量和生产回收率、降低生产能耗，最终达到减人和固定设施无人值守的目标。

　　该技术目前已在赞比亚谦比希主西矿体自动化改造、赞比亚谦比希东南矿体自动化信息化融合、获各琦铜矿自动化改造等自动化EPC项目和普朗铜矿、德兴铜矿多个长距离胶带运输设计中得到广泛应用。

（未完待续……）