非煤矿山无人智慧系统

公司简介

中国有色工程有限公司暨中国恩菲技术有限公司(简称“有色院(中国恩菲)”),  前身是中国有色工程设计研究总院(即原北京有色冶金设计研究总院)。中国恩菲成立于 1953年，是中华人民共和国成立后，为恢复和发展我国有色金属工业而设立的第一家专 业设计机构，现为世界五百强企业中国五矿、中冶集团骨干子企业，拥有有色行业唯一的 全行业工程设计综合甲级资质。

70年来，中国恩菲在30多个国家和地区建设了1.2万个工程项目，立足有色矿冶工 程，依靠科技创新驱动，高端咨询引领，发展科学研究、工程服务与产业投资三大业务领 域，深耕非煤矿山、有色冶金、水务资源、能源环境、新高材料、市政文旅、城市矿产、 智能装备、房产经营九个业务单元，形成核心能力突出、竞争优势明显、国际化运作、特 色鲜明的多元业务集群，能够提供总承包、项目管理、工程咨询、设计、监理、环境评 价、供货等全生命周期服务。在产业领域，是国内少有具备咨询、设计、建设、投资、运 营“五位一体”服务能力的企业之一。

作为行业技术引领者，中国恩菲拥有地质、采矿、选矿、尾矿、冶炼、建筑、结构、 电气、热工等工艺及相关公辅配套共计40多个专业的设计力量，形成了包括中国工程院院 士和诸多国家级、行业级设计大师、百名博士团队在内的高素质人才团队，搭建了全专业 技术研发平台，拥有硅基材料制备技术国家工程研究中心、国家金属采矿工程技术研究中 心等8个国家级平台，院士专家工作站、2个博士后科研工作站、恩菲研究院(矿业经济研 究院、中冶低碳技术研究院、偃师研发基地和23个省部级平台，依托“833231”(8国家  级平台、3站、3院、23个省部级平台、1基地)研发平台，造就了一大批具有高市场价值 的技术创新成果，获得了国家级、省部级奖项千余项，取得了授权专利千余项，其中发明 专利占比超过50%,引领行业向智能、生态、智慧、绿色的方向持续发展。

当前，中国恩菲正全力引领行业新基建变革，以国家战略为指引，在“双循环”格局 下，加速“数字化、平台化、智慧化、国际化”转型，全力打造有色矿冶国家队、绿色环 保排头兵、新兴产业创新者，坚持走高技术高质量发展之路，为行业进步、产业升级不懈 贡献力量，致力于成为最值得信赖的国际化工程综合服务商及能源环境发展商。

智能矿山总体解决方案

于润沧院士提出，智能矿山是以现代信息、控制技术和先进装备为基础，其科学内涵包括实现固 定设施无人值守、物流管理智能化、生产工序自动化、生产管理全面信息化，实现矿山安全、绿色、 高效运营，从而构建智能化无人矿山。

针对国内金属矿山建设现状，结合智能矿山科学内涵，中国恩菲提出“一个模型、一张网、一个 平台”的智能矿山建设模式。即为每座矿山建立动态数字模型，构建智能矿山的大脑——智能矿山信 息模型 (MIM⑤);  采用先进融合网络技术，实现“多网合一”,打通各子系统通信与信息共享，规 划智能矿山“一张网”系统；通过物联感知数据、大数据存储、Al智能分析应用，搭建智能矿山生态 圈——智能矿山云服务平台，为矿山全产业链提供全生命周期服务。

中国恩菲长期致力于智能矿山的研究，为企业提供融合提升、运输、充填、通风、排水、供配 电、信息及安全等技术的智能矿山总体解决方案，其核心内容为“一带一路一平台”的智能矿山构 架。一带，是以矿石流的铲—装一运—破等关键生产工艺自动化为核心，建设矿山生产一体化运营管 理的基础纽带；一路，是以融合网络系统为核心，覆盖整个生产流程，搭建全矿的信息高速公路；一 平台，是协同监视、控制、调度、运营等功能，构建将生产、能源、设备、安全、环境各系统集成的 统一生产管控平台。

智能矿山信息模型 (MIM)   是于润沧院士首次提出的针对智能矿山开采全生命周期建立的动态  数字模型，是空间模型、物流模型、设备模型与数学模型、力学模型的系统集成，通过MIM@模型， 可以实现项目设计、施工、运营全生命周期的有效信息共享、无损传递、协同工作和总体系统优化， 进一步提升工程建设和生产运维的质量和效率。

MIM⑩模型开发与实施的主要内容包括：矿产资源与工程三维建模、数据交互与生产过程可视

化、智能核心算法研究、综合管控平台建设、基于MIM⑨的生产组织模式与标准体系建设等。

智能矿山信息模型 (MIM⁰)  在矿山设计阶段，基于三维协同设计平台，可实现三维可视化设计、 更有效的设计协同管理；在施工阶段，通过建立MIM 施工模型，实现施工进度、人力、材料、设备、 成本、安全、质量等动态集成管理及施工过程可视化；在运营阶段，结合生产管控系统，实现矿山多 系统综合智能管控、关键设备预防性维护、能源管理等功能。

智能矿山核心专长技术及产品

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。

中国恩菲依托矿山开采工艺技术优势，与矿山设备供应商和系统集成商全面开展合作，已经在谷 家台铁矿自动化项目、赞比亚谦比希铜矿主西和东南矿体自动化改造与自动化信息化融合项目、普朗 铜矿自动化方案等矿山设计中得到广泛应用，并在地下矿山开采方案设计中推广。

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，并全面提升矿山运输工艺环节的信息化水平。

◆ 系统组成      功能模块

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。

◆ 技术特点

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。

◆ 技术介绍

双机牵引技术。中国恩菲是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。

单机牵引技术。同时也具备单机牵引有轨运输无人驾驶系统的应用案例。

网络技术。中国恩菲是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”,采用融合技术实现多网合一、多系统合一。

信息化技术。全运输环节的生产数据、设备运行数据采集自分析，全面提升运输的管理水平。

远程运维技术。依托中国恩菲的中国矿业信息化协同创新北京市工程研究中心，实现对现场系 统的实时远程运维。

◆ 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。中国恩菲自主开发的无人驾驶系统已成功应用于铜陵有色集 团冬瓜山铜矿、云南黄金集团红牛铜矿、赞比亚谦比希主西矿体、江西铜业集团德兴铜矿、鞍钢集团 眼前山铁矿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。

◆ 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，在核心刊物公开发表科技论文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、中冶集团技术发明一等奖、中国有色金属工业协会科技进步二  等奖、中国有色金属工业协会优秀工程咨询二等奖、五矿集团科技进步一等奖等多项科技进步奖，被 评为第六届数字中国建设峰会“十大硬核科技”,公司目前正在主持编制国内第一个矿山有轨运输无 人驾驶控制系统行业标准。

提升自动化控制系统

提升自动化控制系统采用全数字化自动控制技术，实现操作 员在地表控制室内控制提升机工作，可在地表调度中心远程监控 提升系统的运行状态和多台提升机的全自动运行集中监视，配套 的控制软件具有免维护、操作界面友好、安全性强的特点，保障 提升系统的安全、高效、节能和自动化运行。

中国恩菲自20世纪60年代完成第一台国产多绳提升机电控系 统的设计与调试，80年代箕斗与罐笼混合提升控制和与ABB合作 完成多水平双层罐笼提升控制系统集成工作，90年代完成国内第 一台PLC 控制提升系统，21世纪初至今实施的变频器控制系统集 成与调试，对国内电控系统进行深度改进与开发，使系统完全适 合国内各种提升机的安全运行和生产要求。

中国恩菲已实施了近50项电控系统的设计、集成、制造、调 试投产的提升自动化控制系统总承包工程。该系统目前已在金川 集团、铜陵有色集团、山东黄金集团、赞比亚谦比希铜矿、获各 琦、巴基斯坦杜达铅锌矿等多座矿山推广与应用，并取得了良好 的经济效益。

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。

◆ 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。

◆ 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。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。

◆ 应用效果

目前，该融合控制系统已经在赞比亚谦比希铜矿东南矿体得到应用，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。

充填自动化控制系统

充填自动化控制技术由锥形底立式砂仓脱水充填、尾砂浓缩贮存装置充填、深锥脱水充填等技术 组成。该技术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”,保证了充填生产过程的高效、稳定运行，效益显著。充填自动化控制系统将充填过程中 各种参数进行全面分析，生成生产报表和生产数据统计分析图表，简化工艺流程、提高充填质量、降 低充填成本和投资、减少劳动定员、便于管理维护。

◆ 智能磨矿控制系统

在矿山开采的不同阶段，伴随着矿石性质的变化进行工艺分析，探索最优磨矿工艺及设备配置；

利用数据挖掘及数值仿真技术，进行生产流程模拟，实现工艺参数优化及智控制；在来矿块度及硬度波 动的情况下，提高磨矿回路产品粒度、浓度的合格率及稳定性，使产品粒度、浓度指标稳定在更窄更合 理的范围，为浮选创造更佳条件；磨矿介质按需自动添加；该系统有利于降低磨矿用电单耗和提高生产 能力。

◆ 智能浮选控制系统

浮选优化控制运用工艺模拟、实验分析及数据挖掘、智能检测、智能控制技术，实现浮选流程 中的提质增效及无人值守智能化控制；浮选回路控制系统包括泡沫特征分析系统及浮选控制系统；通 过浮选入料品位、精矿品位、回收率、药剂使用量信息，为客户建立新的浮选过程模型，实施智能控 制，在保证精矿品位的前提下，最大程度提高综合回收率；实现药剂按需添加精细控制。最终达到稳 定精矿品位、提高回收率、节约药剂消耗、综合经济指标最优的目的。

◆ 智能脱水控制系统

智能脱水控制系统实现对浓密、过滤、絮凝剂添加、物料输送等流程的智能控制。通过对浓密 机内部运行参数建模、外部仪表检测得到浓密机的底流浓度；通过浓密机排矿控制，使浓密机排矿浓 度满足过滤机工作最佳浓度区间要求，实现过滤机与浓密机的智能联锁控制，使系统前后流程协调稳 定、按需给料；根据生产流量确定过滤机工作数量，实现备用过滤机的自动启停或切换；根据精矿产 品水分优化浓密机排矿浓度及过滤系统运行参数，使系统工作在最佳工艺指标区间，并实现对絮凝剂 制备及添加、回水输送、尾矿输送等系统的智能控制。

尾矿库在线智能监测系统

尾矿库在线智能监测系统是根据尾矿库有关的安全技术规程和安全监测技术规范等要求，布设 坝体位移在线监测、浸润线在线监测、库区降雨量在线监测、库水位监测、干滩监测及库区视频监控 等，构建监测、采集、传输、网络、远程视频为一体的系统，实现工程数据动态监测、采集、传输、  存储与分析、设备控制自动化，并进行监测信息发布与安全预警等全方位、高效的服务。

中国恩菲该技术目前在云南华联多金属矿铜街大沟尾矿库、四川牦牛坪稀土矿瓦都沟尾矿库、

陕西金堆城钼矿栗西沟尾矿库、西藏玉龙铜矿玉龙沟尾矿库以及亚洲最大的江西德兴铜矿4号尾矿库 得到推广和应用。

智能矿山综合信息平台

综合信息平台是智能矿山的重要组成部分。平台将自动化采矿、无人驾驶运输、自动化提升、自 动化充填、智能通风、固定设施无人值守、人员设备定位与通讯系统、生产调度系统、选矿自动化等 子系统纳入信息化平台，实现对矿井设备、人员及各子系统的自动监测与远程控制。该系统利用通信 网络技术，将企业内部数据信息进行采集、分析和处理；通过统一信息平台进行检索、查询；通过手 机终端软件发出工业控制指令，远程控制工业设备。

智能矿山三维管控与远程服务云平台

智能矿山三维管控平台将三维设计、工艺场景制作、控制和管理数据采集与推送、可视化与数 据驱动实现自动化控制系统、信息管理系统和生产管控进行有机融合，采用真三维实现地上下生产 空间的全方位、多角度浏览和监控管理。

远程诊断服务与云平台为智能矿山提供终端服务解决方案。智能矿山云服务瞄准解决矿业行业信 息孤岛、智能化决策程度低、专业软件受制于国外、数据有效利用率低和矿山信息化专业人才缺乏  产业链数据标准不统一等问题，构建数据资源的远程储存分析和远程技术服务平台，搭建智能矿山生 态圈，为矿山全产业链提供全生命周期服务。

智能矿山云服务平台主要内容包含：高性能仿真计算应用平台、资源协同共享平台、大数据平台 和远程技术服务平台。中国恩菲目前已经搭建了高性能仿真计算平台，集成了行业主流软件、开发了 关键软件，并通过中国矿业信息化协同创新北京市工程研究中心，实现了与矿山的生产信息对接，从 而为其提供全流程远程诊断与服务。