智能矿山建设实践_王自亭_.pdf

一、实施背景随着国家政策的引导推动和科学技术的不断进步，加快建设智能矿山，推进企业高质量、高效益、安全、绿色发展已成行业共识，也是矿山企业抢占发展制高点的必然趋势。作为劳动密集型的矿山企业，人工成本在整个生产成本中占比逐年提高，以“无人化”为主线建设智能矿山，实现矿山企业数字化转型，高水平打造信息化环境下新型核心竞争能力，为跃升式发展赋予创新动能，是企业实现可持续低成本运行、高质量发展的重要路径。随着马城、马矿、水厂等多个地采矿山的建设及综合利用及产业化发展，首钢集团有限公司矿业公司（简称“首钢矿业公司”）迎来了第三次大发展的重要战略机遇期。二、主要做法（一）搭建智能矿山体系框架2019年，首钢矿业公司打破专业之间、专业与厂矿之间的界限，在公司范围内成立了智能采矿、智能选矿、智能运输三个智能矿山课题研究小组，系统研究了智能矿山标志标准、实现途径，梳理了现状，确立了以“无人化”为主线的建设思路，全面启动了智能矿山建设。1.三大目标设计智能矿山建设总体目标，即现场无人化、操控集约化、管理智慧化。2.四大平台构建智能矿山四大平台，即智能采矿、智能选矿、智能运输、智慧管理，作为扎实推进智能矿山建设的根本路径。3.申报企标编制智能矿山企业标准36条，并向相关政府部门申报备案，为国内矿山企业发展智能矿山提供目标和基准。（见图1）4.规划蓝图编制智能矿山建设“十四五”规划及三年行动方案，为中远期智能矿山建设提供了决策依据和指导。（见图2）5.制度机制制定智能矿山建设管理制度，明确智能矿山建设目标、建设原则、职责分工、建设标准、考评管理，建立智能矿山建设职责体系，规范智能矿山建设。（见图3）6.专项推进对标对表智能矿山建设标准，梳理现状，明确差距和不足，循序渐进，每年形成“智能矿山建设专项方案”，确定具体项目并组织实施。（二）研发构建四大平台1.研发构建智能采矿平台（1）研发井下电机车无人驾驶，实现全自主运行。经过近两年不断优化提升，杏山电机车由原井下无人驾驶、地面操控，升级为按智能配矿规则自主选择溜井，自动对位、自动装矿、自主控速、自动卸矿，已实现机车全自主运行，取消地表操控。（2）研发移动单体设备，实现远程操控。对杏山1400E铲运机实施远程操控改造，已实现行走、转向、制动、铲斗控制、大臂控制、灯光、喇叭智能矿山建设实践创造单位：首钢集团有限公司矿业公司主 创 人：王自亭 黄佳强创 造 人：张建军 张金华 刘兴强 徐 军摘要当前，随着数字化、智能化技术的广泛应用，智能矿山建设已成为矿山行业发展的必然趋势。首钢集团有限公司矿业公司秉承“首钢为首”的创新基因，以“现场无人化、操控集约化、管理智慧化”为目标，前瞻性地开展数字矿山向智能矿山转型的探索与研究，创新构建了“智能采矿、智能选矿、智能运输、智慧管理”四大平台，形成36条智能矿山企业标准，为国内矿山企业发展智能矿山提供了“首钢方案”。关键词钢铁企业；智能矿山；数字化转型Innovation World Weekly|63Classic Case 经典案例Experience 借鉴等遥控调试，已投入现场实际运行；1354台车完成穿孔系统平移、仰俯、旋转盘旋转、推进梁延伸定位、钎杆库旋转、凿岩机上旋、下旋、机械手摆动等远程遥控试验；喷浆台车机组少人化控制取得突破性进展，无线遥控器能够实现点火着车、灯光控制、前进后退、转向、刹车制动及转罐动作等。试验成功后，每台可减少井下作业人员4人。（3）研发流程设备无人化，实现集中操控。马城铁矿1#副井提升机由1名监控司机集中监控运行，比传统模式节省司机、信号工58名，对比人工操作，省去了中间联系环节，提高了副井运行效率。实施杏山铁矿副井电梯式自助运行，取消各段面操作人员，乘梯人自助操作，主副井一体化控制，集控中心集中监控，释放现场操控岗位19人。实施杏山-428计量装矿无人值守改造，利用机器视觉技术识别大块、取消现场操作，现场岗位由2人调整为1人/班。实施通风、排水自主经济运行，供电系统集中操控，实施全产线集中操控，优化集控人员。（4）搭建露天采矿智能调度平台，实现一体化操控。以全球卫星定位、无线通讯等技术手段，研发矿车智能调度系统，实时监控矿车、电铲的位置及工作状况，自动向矿车、电铲下达作业任务，实现车铲动态配比、自动调度，搭建了可视化、智能化、一体化的露采生产管控平台。（5）实施对标对表，实现系统协同建设。为高水平建设新型地采矿山，针对马城铁矿建设，对照智能矿山建设标准，编制了智能矿山对标分析表，明确了对标结论和后期的管控重点及措施，有利于严格按智能矿山建设标准，落实设备选型及工艺配置，高标准组织项目建设。2.研发构建智能选矿平台（1）实施现场无人操作。先后实施大石河粗、细破碎机远程控制，由现场岗位操作，改为主控室远程操作，释放现场操作岗位8人；水厂选矿新厂一键启停，实现磨选一键启动，释放现场岗位4人；干排砂圆筒筛远程控制，改由干排主控岗位操作，释放现场操作岗位4人；水厂尾矿无人值守优化升级，实现尾矿区域设备集控室远程控制，释放4名现场操控岗位；水厂新破碎智能监控，在线检测11台破碎机油箱液位、供油压力、进口油温等，实现异常预警，减少现场点检工作量，提高设备状况掌控时效性，释放现场岗位4人；水厂火车自动装车，集成火运装车精度控制系统，自动获取应装车量，自动检测车号，匹配应装车量，自动检测车辆位置，自动控制定量给料机按应装车量一键装车，释放人力资源5人；水厂干选矿自动装车，实现自动叫车、自动指挥对位、自动装料，取消装车岗位，释放人力资源8人；水厂破碎站自动监翻，实现3个破碎站与皮带系统一键启停，自动指挥车辆翻卸，取代现场指挥人员，释放现场岗位17人；水厂、实业公司通过搭建技防系统实现减少固定看护岗位，释放现场人员23人。（2）实施一个产线一个集控中心的集中控制。以“现场无人操作、一键经济启停”为目标，搭建裴庄、二马建材产线一张图操控系统。在取消现场操作的同时，实现按中间仓料位分段自主经济启停，减少人为调控，集成破碎机、除尘器、制砂楼等成套控制系统，避免设置分散控制室，最大限度压减集控人员。（见图4）（3）实施流程产线自主调控。总结岗位操作规则，摸索调控模型，纳入自动控制，推进流程自主调控。大石河水源智能经济供水，实现全智能自主运行，取消人工操作，释放现场岗位11人；设置峰谷平启停泵水位，实现深井泵按电网时段智能经济运行，降低电价；按末端压力恒压供水，避免浪费出口压力，降低吨水电耗。水厂采区智能排水、生活供水智能运行、杏山井下排水智能运行项目，在取消人为操控、调整的基础上，实现了谷期多运行、峰期少运行的智能经济运行目标。实施二马、裴庄建材产线破碎机稳定给矿控制，有效减轻了集控岗位的劳动强度，破碎机台效提升约17%，避免衬板偏磨，衬板寿命提高15.6%，用电单耗由6.5kWh/t 降为5.54kWh/t；裴庄产线依据制砂成品率，智能调节制砂楼给矿量，棒条筛、12#皮带等恒台效控制，均减少了集控岗位调整工作量。（见图5）（4）实施智能联控，筑牢防风险屏障。大石河磁尾装车工控系统与智图3 智能矿山建设管理制度图2 智能矿山中长期规划图1 智能矿山企业标准64|创新世界周刊|2023.3能计量联控，释放现场放料岗位4人，实现“非客户车辆不能计量未经过皮计量不能放料超设定装载量停止放料未完成计重系统预警不可出厂完成计重关闭放料功能、防止计重后添加”的全销售流程智能管控；杏山、二马、水厂、大石河大采多个门卫纳入门卫管理系统，并与智能计量系统联控，实现非注册车辆进出场预警、客户车辆未计量或未完成计量不得出场、无货车辆出场预警等多项预警及物料品种核实、追溯功能，防风险能力全面提升。汽车仓自助装车项目，与智能计量系统联控，实现了非客户已过空车辆不能装车、物料品种不对应不能装车，规避了装车岗位取消后货物冒领及不计量风险。3.研发构建智能运输平台（1）研发运输一张图调度系统。截至2021年8月份，一期项目已经完成，实现了四大目标：一是实现单乘制。通过搭建安控系统，实时监控机车周边运行环境；实时掌控机车运行状况，实现接近信号灯、道口、限速区域运行预警等，司乘人员由两人减至一人，释放人力资源40人。二是调度指令直达机车。三是搭建可视化、一体化、实时化运营管控平台。在一张图内，实时掌控所有机车的位置、运行状态、任务、所挂车辆、物料以及站场、道岔、信号、道口等信息。四是实现运行能力智慧分析。下一步，要围绕以下目标将一张图调度系统升级为智能调度平台。第一，以行车任务自动调控道岔、信号、道口，取消线路设施的人工调控。第二，设置移动闭塞区间，实现跟车运行。第三，智能派车、智能调度。在系统内下达综合调度指令，实现自主选择机车、车辆，规划行车路线，安排运行顺序。第四，无人驾驶。完善机车自感知系统，实现自主操控、无人驾驶。（2）实施附属运输系统集中操控。实施运输35个道口远程集控改造，减少8处有人看管道口，释放人力资源32人；卸车环节，实施翻车机集控改造，实现烧结1#、2#翻车机集中控制，迁钢2#翻车机与解冻库集中控制，释放集控岗位8人；装车环节，通过装车精度管控系统与现场工控系统联控，自动识别车号、下载应装车量、自动对车、定量装车，实现裴庄、水厂火车仓精准自动装车。（3）实施GK1内燃机车遥控改造。迁钢区域GK1内燃机车用于铁水倒运等工作，原来由乘务员在司机室内操作机车，调车员负责指挥机车进行倒调作业，并负责行车安全。通过无线遥控改造，取消了现场调车员，释放现场作业人员28人；同时，实现乘务员在安全位置操作机车，远离出铁口、铁水翻卸区、鱼雷罐体等高温、高危区域，实现本质安全；在通过特殊点位、高危道口，乘务员在车下徒步引导、遥控操作，确保瞭望视线无死角，减少行车安全隐患。4.研发构建智慧管理平台（1）横向上，逐个专业系统搭建管理平台以业务系统内处置、智能预警、智慧分析、辅助决策为目标，建设、完善专业信息系统，搭建数据源唯一、系统间互联、专业间互通、与ERP集成的专业管理平台。建设设备健康管理系统。全面提高设备管理水平，推动设备管理理念和管理方法的变革。一是实现设备运行参数实时监控，提升了管理精细化水平。目前4个主业厂矿16大类752台套设备的4033个运行参数已实现自动采集、系统内监控、预警，搭建了现场化可视化管理环境，实现设备管控由看表象到观内在的转变；设备状况由周期性点检升级为不间断实时诊断，实现了结果管控向过程监控的跨越。二是实现设备健康自诊断，提高了管理的智慧化水平。组织创建75个健康评价数学模型，自动分析监测数据、评价健康指数，初步实现了设备状况趋势预测、设备隐患早期预警，提升了预知维修能力，减少了对图5 水源智能经济供水图4 裴庄产线实时监控分析系统Innovation World Weekly|65Classic Case 经典案例Experience 借鉴人的依赖，推进经验型管理向智慧型管理转变。三是实现多系统集成，搭建了一体化管控平台雏形。系统集成了SAP设备隐患管理、厂矿工控系统，初步形成了互联互通的一体化专业管理平台雏形。四是丰富管理内涵，扩大管理外延，提升了管理效能。系统在管控设备健康状况的同时，还扩展到设备效率、设备能耗等经济运行领域，为其它专业提供了信息化支撑。建设智能计量平台。一是系统勾稽购销订单，并自动归集、核算订单执行情况，超订单量不能派车，规避无订单发货、超订单发货风险，取消了人工核对、归集订单。二是通过手机App，实现了客户在系统内、自己的订单下派车，规避了货物冒领、错结风险，取消了手工填制、录入提货单。三是通过车号识别，自动勾稽客户及订单，通过上磅状态监控、自动计量，形成磅单，取消了人工录入车号、客户及计重，提高过磅效率，规避作弊风险。四是通过装卸车岗位系统内确认，规避了错装物料、计重后添加、不在指定位置卸货等风险。五是便捷的报表、分析及预警功能，为客户、司机、生产单位、销售部门等各相关方提供了便利，实现了物流、信息流、资金流三流合一。建设全能源管控系统。一是全面整合公司及各单位水、电平衡系统，将水、电、油、气等能源数据实时采集至公司服务器，实现了数据集中化，确保数据不落地。二是全面优化结算功能，通过优化结算频次、缩小结算单元、输出各类结算报表，结算深度由厂矿延伸至各车间、成本中心和重点机台，满足了精细化结算需求。三是全面规范能耗、技经指标、能源费数据统计，各类统计报表数据来源以结算数据为准，实现结算与统计的无缝对接，各项能源费用指标按照能源费专项管控方案分类统计，全面规范统计数据。四是通过智能辅助功能，实现数据异常报警、单耗对比分析，提升分析效率。进一步挖掘能源消耗数据与相关生产技术指标的关系，提升能源费分析智能化水平。建设一体化采购供应管理平台。一是计划管理统一物料编码规则，对一体化采购供应实施单位采购物料纳入集中编码管理，为采购分类寻源、信息管理平台数据归集、库存厂际间调剂、跟踪与回收等管理需求实现奠定基础。实现了“查库存、查消耗、查在途、查未清”计划审核，拓展了采购资金预算管理，强化了过程分析与监控，定期开展评价，优化储备定额，降低总体库存资金占用。二是采购管理统一供应商准入、开户、评价、淘汰标准，设置供应商准入审查端口，审核通过供应商信息全部录入平台，实现集采、自采供应商资源共享。实现网上招标竞价，系统自动询价、报价和归集报价信息；逐级定价审批意见系统留痕，追溯招标、比价过程更为便捷；采购询价和报价环节实现由人防到技防变革，廉政风险防范水平进一步提高。实现采购价格分级管理，规范采购行为；付款“三统一”，促进采购高效协同。三是物资供应管理依托成熟的物资终身管理与核算系统，构建一体化采购供应信息管理平台物资供应管理模块，将一体化采购流程订单收货数据下载至物资终身管理与核算系统，并将数据传递至废旧物资管理系统中，实现系统功能整合。物资入库、储存、使用、回收交旧等，实现全过程信息化管理。四是数据处理自动化，在业务操作中，自动更新库存数据，库存各项信息一键调取，实现库存的可视化、透明化管理。建设协同办公平台。一是构建信息门户，为各个层级用户提供完善的办公门户，满足内部办公综合需求,包括登录前门户、登录后门户、个人门户。二是构建流程中心，基于工作流，具有配置性强、功能丰富、操作友好等特点，能够快速响应业务需求，实现了公文管理及文件审签等办理过程的自动化，自动进行流程跟踪、催办、查办。事务审批流程的使用可以固化日常办公过程中的相关制度，使日常工作网络化、规范化，杜绝传统不按照工作流程办事的事情发生。三是实现移动办公，主要功能包括：消息、新闻、工作、通讯录等模块，实现新闻、通知、公告查看，公文审批、流程发起与审批。四是档案自动归集管理，流程中心内发文、收文、请示报告等公文流程审核、审批结束后，将表单、附件、正文、流程跟踪等内容自动归档到档案管理系统中，实现档案管理自动化。（2）纵向上，逐条产线搭建实时监控分析系统一是实现流程量分析。数据来自现场自动采集，实时监控当班、当日、当月各种产品产量、产率及流程输入输出平衡情况，服务生产调控。二是实现能源消耗分析。集成现场及全能源管控系统数据，实时掌控产线当日、当月、上月的电力、柴油消耗及费用情况，监控经济用能。三是实现设备情况分析。集成设备健康管理系统及现场数据，可实时掌控各设备当日、当月的转车时间、台效、作业率、设备健康状况、预警情况，监控设备处于联锁自控、远程手动、现场手动状态的时间。四是产品销售。集成智能计量及产量数据，实时监控当日、当月产品销售情况，比对生产数据，实时掌控库存变化，平衡销售、防控风险。五是成本情况。按主要成本要素监控当日、当月、上月成本情况，其中电费、柴油费来源于全能源管控系统，备件费、材料费、人工费、其他费用来源于ERP系统。目前，已完成裴庄、二马产线的开发，进入试运行阶段。（三）拓展智能矿山建设成果首钢矿业公司在不断推进智能矿66|创新世界周刊|2023.3山建设的同时，致力于将应用成熟的产品、技术，服务于矿山行业，助力行业智能化水平提升。井下电机车无人驾驶技术产品，在云南普朗铜矿、紫金矿业等21个矿山得到成功应用；GPS调车系统在赞比亚卢安夏铜矿、海螺集团等国内外29个矿山落地生根；MES、智能计量等信息化系统服务于中色非矿、西部锌业等30余家矿业公司。首钢矿业公司智能矿山建设的理念、方式、方法得到行业认可，先后为西部矿业、华夏建龙等公司提供智能矿山建设整体咨询服务。2020年以来，累计签订对外合同80多个，合同总额突破6亿 元。（见图6）（四）孕育打造智能矿山精英团队通过内外部项目的实施，锤炼了一支技术、作风过硬的智能矿山建设团队。公司自动控制工程师、自动化专业技术专家马著被评为“全国百姓学习之星”“全国机械冶金建材行业工匠”“首钢工匠”等称号，马著创新工作室也被命名为全国机械冶金建材行业示范性创新工作室、北京市级创新工作室、北京市工人先锋号。在2019、2020年度唐山工匠大赛中，自动化团队包揽仪表维护前5名、7人进入前10名；信息化团队斩获App设计桂冠，宋波、满玉宝获评仪表维护和App设计“唐山工匠”，进一步提升了首钢矿业公司的行业影响力。三、实践效果智能矿山建设有效缓解了首钢矿业公司人力资源缺口压力，提高了生产智能化水平，提升了本质安全水平和风险防控能力，助力公司成功入围国务院国资委管理标杆企业名单，为行业智能化发展作出了贡献，取得了较好的经济效益、管理效益、社会效益。（一）经济效益1.释放人力资源效益近三年来，公司通过智能矿山专项方案项目实施，累计释放人力资源350余人，按照全口径人工费平均16.75万元/年计算，创造经济效益超过5860万元。2.指标、效率提升效益通过实施运输一张图、磨球自动化改造、水厂选矿一键启停、破碎自动监翻等项目，在释放人力资源的同时，提升了生产效率，减少了能耗等生产成本，累计创造经济效益2880万元。3.市场推广创造利润通过市场推广产品化的成熟技术，为冶金、煤炭、有色等矿山行业客户提供了优质的技术服务，创造利润总额超过1500万元。4.智能精准管控效益马城铁矿通过工艺配置管控、智能化项目规划，有效降低了人力资源配置。其中，1#副井已经实施完成，减少人员配置58人，3套副井可降低174人；电机车无人驾驶计划实现1人操控2台机车，减少人力资源配置28人；部分铲运机、中深孔台车等设备计划实现1人操控2台设备，减少人力资源配置56人。同时，通风、排水、供电、斜坡道信号指挥、充填、选矿等流程，也按照现场无人值守进行工艺配置和建设。（二）管理效益1.打造智能矿山生态打造精益化、数字化、智能化“三化融合”企业内核，搭建了智能矿山建设管理体系，明确了业主主责、业务部门主导、专业部门支撑的管理模式，形成智能矿山建设生态体系。2.提高本质安全水平实施流程自动化改造、单体设备远程遥控、自主运行，减少井下和现场作业人员，提高本质安全管理水平，降低职业健康风险。3.助力企业管理能力提升运用数字化思维提升管理效率，助力公司入围全国国有重点200家管理标杆企业。（三）社会效益首钢矿业公司落实国家安监总局推进的“副井提升机机器人替代工程”，在国内首创的“副井电梯式自助运行”处于地采矿山领先水平，具有广泛的应用和推广价值；井下电机车无人驾驶，处于国际一流、国内领先水平，已成功应用到国内有色、冶金等矿山企业；GPS智能调车，在国内外煤炭、冶金、有色、水泥等行业推广应用；MES、智能计量等信息化系统服务于多家矿业公司；为行业客户提供智能矿山建设整体咨询服务。另外，公司有2人参与了矿山行业标准制定，形成的矿业公司智能矿山建设成果，助力公司进一步提升了行业影响力，为行业智能化水平提升作出了重要贡献。编辑/温碧琳统筹/李斐图6 部分行业客户Innovation World Weekly|67