礦業(yè)科技創(chuàng)新取得的成效

　　數(shù)字化是第四次工業(yè)革命進(jìn)程中全球所有行業(yè)的共同點(diǎn)，數(shù)字技術(shù)在很多礦山得到了應(yīng)用，正在逐漸改變著礦山的生產(chǎn)方式。礦業(yè)企業(yè)的成功轉(zhuǎn)型不僅是采用最新的應(yīng)用和技術(shù)，更重要的是將數(shù)字化和創(chuàng)新性的理念融入他們的經(jīng)營(yíng)策略中，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

　　——礦業(yè)企業(yè)從創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用中獲益。麥肯錫咨詢公司的分析表明，人工智能在礦業(yè)行業(yè)的應(yīng)用預(yù)期為“領(lǐng)跑者”帶來(lái)的累計(jì)現(xiàn)金流變化將是“跟跑者”的十余倍。創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用的“領(lǐng)跑者”，將通過(guò)產(chǎn)能提高、成本節(jié)約以及安全性改善等方面具備更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力，使他們?cè)谂c競(jìng)爭(zhēng)者的比拼中占優(yōu)。力拓集團(tuán)于2008年啟動(dòng)了“未來(lái)礦山”計(jì)劃，該計(jì)劃旨在從地球深部采收礦物的同時(shí)，降低環(huán)境影響并進(jìn)一步改善安全性。2010年，Boliden公司、波蘭KGHM礦業(yè)公司、瑞典LKAB礦業(yè)公司及幾家全球性供應(yīng)商和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)，啟動(dòng)了針對(duì)未來(lái)礦山共同愿景的概念研究。2018年，英美資源集團(tuán)啟動(dòng)了“未來(lái)智能礦山”計(jì)劃。澳大利亞雷索盧特礦業(yè)公司基于未來(lái)礦山概念在馬里建設(shè)了高度自動(dòng)化的Syama地下金礦，該礦山于2018年12月開(kāi)始重新投產(chǎn)。很顯然，礦業(yè)企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的關(guān)鍵將是在創(chuàng)新上保持領(lǐng)先。

　　——礦山地面監(jiān)測(cè)手段多樣且效果顯著。邊坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在露天礦的管理中發(fā)揮著重要的作用，并且自從使用壓力計(jì)、張力計(jì)和攝影測(cè)量法以來(lái)已經(jīng)得到了長(zhǎng)足發(fā)展。目前用于露天礦和地下礦地面監(jiān)測(cè)的三種主要工具是全球定位系統(tǒng)、雷達(dá)和激光雷達(dá)。2013年4月10日，力拓集團(tuán)位于美國(guó)猶他州鹽湖城Kennecott公司的Bingham Canyon礦遭遇了采礦史上最大的滑坡。由于Kennecott公司重視安全教育，預(yù)案準(zhǔn)備充分，監(jiān)控系統(tǒng)完善，因此滑坡事故中無(wú)人受傷。雷達(dá)技術(shù)早已用于邊坡主動(dòng)監(jiān)測(cè)和邊坡坍塌探測(cè)，但這項(xiàng)技術(shù)經(jīng)過(guò)改進(jìn)和更新后，已成為當(dāng)前應(yīng)用的領(lǐng)先技術(shù)。在充滿塵土和煙霧的采礦環(huán)境中，雷達(dá)能夠穿透灰塵、雨水和其他天氣條件，這是其他技術(shù)解決方案無(wú)法達(dá)到的。該技術(shù)能夠?qū)?shù)千米范圍進(jìn)行掃描，并且因其在任何距離下都能保持亞毫米級(jí)的變形測(cè)量精度，所以不會(huì)因?yàn)榫嚯x的增加而降低測(cè)量精度，這樣就不需要在邊坡上安裝人工反射器。近年來(lái)，全球定位系統(tǒng)技術(shù)為監(jiān)測(cè)地表運(yùn)動(dòng)的幾何位移提供了一種新的方法。差分定位系統(tǒng)技術(shù)可以提供邊坡穩(wěn)定狀態(tài)的實(shí)時(shí)信息和晝夜變形率。該方法沿監(jiān)測(cè)區(qū)域安裝了一系列接收器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在露天礦山中具有很大的優(yōu)勢(shì)。然而，全球定位系統(tǒng)的使用受到植被、山體等環(huán)境特征以及快速變形情況的限制。全球定位系統(tǒng)設(shè)備已與攝影測(cè)量、全站儀網(wǎng)絡(luò)和遙感影像結(jié)合，作為監(jiān)測(cè)礦山邊坡穩(wěn)定性的控制點(diǎn)。地面雷達(dá)監(jiān)測(cè)與衛(wèi)星監(jiān)測(cè)相結(jié)合可以提供多源監(jiān)測(cè)解決方案。激光雷達(dá)技術(shù)利用一束激光束瞄準(zhǔn)監(jiān)視區(qū)域進(jìn)行照射，依據(jù)反射光波的返回傳播時(shí)間再現(xiàn)坡面關(guān)鍵區(qū)域和相對(duì)運(yùn)動(dòng)的圖形或數(shù)字圖像。它們可以在幾分鐘內(nèi)建立坡面的虛擬副本，如同攝影攝像一樣突出顯示關(guān)鍵區(qū)域。激光掃描設(shè)備是一種主動(dòng)的獨(dú)立測(cè)量技術(shù)，在測(cè)量過(guò)程中可自發(fā)光。激光掃描儀在滑坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用已經(jīng)得到了很好的檢驗(yàn)，但在露天礦邊坡監(jiān)測(cè)中應(yīng)用較少。最新的激光雷達(dá)掃描儀可以安裝在靜止或移動(dòng)測(cè)量平臺(tái)上，可以快速建立數(shù)字高程模型，礦山坡度測(cè)量速度比傳統(tǒng)測(cè)量方法快15倍。利用激光雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行礦山測(cè)量，操作簡(jiǎn)單且節(jié)省時(shí)間，是有效的邊坡監(jiān)測(cè)手段，但受天氣條件和地形濕度的限制。

　　——無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用廣泛作用突出。無(wú)人機(jī)已成為包括礦業(yè)行業(yè)在內(nèi)的許多行業(yè)中不可或缺的組成部分。事實(shí)上，與許多其他行業(yè)相比，無(wú)人機(jī)在礦業(yè)行業(yè)中的使用頻率更高，應(yīng)用范圍更廣。從礦產(chǎn)資源勘探到開(kāi)采，從礦石加工、運(yùn)輸、服務(wù)到礦山修復(fù)，無(wú)人機(jī)幾乎可應(yīng)用于礦業(yè)價(jià)值鏈的各個(gè)方面。礦業(yè)企業(yè)通過(guò)應(yīng)用無(wú)人機(jī)從空中采集視覺(jué)信息，加快了數(shù)據(jù)采集速度，減少了相關(guān)作業(yè)人員，從而一定程度上提高了效率及安全性。無(wú)人機(jī)目前主要用于區(qū)域勘探、地形測(cè)繪、堆場(chǎng)庫(kù)存體積盤點(diǎn)、鉆爆設(shè)計(jì)、設(shè)備和礦區(qū)（安全）檢查以及巖土工程監(jiān)測(cè)和建模等。越來(lái)越多的無(wú)人機(jī)軟件供應(yīng)商正瞄準(zhǔn)礦業(yè)市場(chǎng)并提供更加有效的解決方案。同樣，新一代無(wú)人機(jī)擁有更加豐富的功能，如體積更小、性能更穩(wěn)健、數(shù)據(jù)采集能力更先進(jìn)?？梢灶A(yù)期全自動(dòng)駕駛無(wú)人機(jī)將會(huì)在礦區(qū)范圍實(shí)現(xiàn)例行飛行并采集數(shù)據(jù)，從而為礦山運(yùn)營(yíng)分析提供最新的數(shù)字影像，確保一切運(yùn)行正常。

　　——技術(shù)設(shè)備創(chuàng)新提升礦物加工流程效率和效益。粗顆?；厥帐侵竿ㄟ^(guò)浮選方法回收粒度比正常礦物浮選粒度大2到3倍的顆粒。粗顆粒浮選的上限一直是礦業(yè)行業(yè)面臨的一項(xiàng)長(zhǎng)期挑戰(zhàn)，因?yàn)樘侄鵁o(wú)法浮選的顆粒通常占流失到尾礦中的金屬和礦物價(jià)值的4%。英美資源集團(tuán)正在嘗試采用粗顆?；厥占夹g(shù)，據(jù)報(bào)道該技術(shù)將使該公司能夠循環(huán)使用80%的生產(chǎn)用水。碎磨礦石以解離目標(biāo)礦物是礦業(yè)行業(yè)中能量需求最大的環(huán)節(jié)，即能量使用的小幅減少也可能帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)收益。該領(lǐng)域的發(fā)展有可能解決目前不能經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)的低品位復(fù)雜礦體的采選難題。SELFRAG公司開(kāi)發(fā)和推廣的電力碎解技術(shù)，通過(guò)使用高壓脈沖發(fā)電機(jī)將連續(xù)的電流轉(zhuǎn)換成脈沖。高壓脈沖可使礦石內(nèi)部產(chǎn)生裂紋/微裂紋而預(yù)先使礦石顆粒脆化，從而提高后續(xù)碎磨流程的能量效率和處理量。該項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)包括及早拋尾和堅(jiān)硬礦石的選擇性破碎。

　　——便攜式礦物采樣分析技術(shù)大大提高礦產(chǎn)勘查效率。在過(guò)去的10年里，便攜式X射線熒光（pXRF）分析儀已經(jīng)發(fā)展成為一種行業(yè)標(biāo)配工具，可以在地球科學(xué)分析的各個(gè)方面快速生成近實(shí)時(shí)的地球化學(xué)數(shù)據(jù)。此外，便攜式粉末X射線衍射（pXRD）分析儀的最新進(jìn)展已為該領(lǐng)域的地質(zhì)學(xué)家提供了定量的礦物學(xué)信息，而這以前只能在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。這兩項(xiàng)新技術(shù)共同改變了決策數(shù)據(jù)的生成速度、分辨率和成本，同時(shí)改變了該領(lǐng)域的地球化學(xué)和礦物學(xué)認(rèn)知。

　　礦業(yè)科技創(chuàng)新面臨的問(wèn)題

　　近年來(lái)，礦業(yè)科技創(chuàng)新雖然取得了一定成效，促進(jìn)了礦業(yè)行業(yè)的發(fā)展，但依然存在一些問(wèn)題，在一定程度上制約了行業(yè)發(fā)展的步伐。

　　——礦業(yè)行業(yè)重大技術(shù)創(chuàng)新相對(duì)不足。在全球范圍內(nèi)，礦業(yè)行業(yè)在重大技術(shù)創(chuàng)新方面落后于其他行業(yè)。雖然生產(chǎn)技術(shù)已實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化，但這些變化并未從根本上使礦業(yè)行業(yè)發(fā)生顛覆性變革。礦業(yè)行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的主要驅(qū)動(dòng)因素包括：減少工人的健康和安全風(fēng)險(xiǎn)；降低運(yùn)營(yíng)成本及提高礦產(chǎn)產(chǎn)能；降低礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)成本；勞動(dòng)力老齡化加速趨勢(shì)下退休率的上升和隨之而來(lái)的工資上漲；降低技術(shù)開(kāi)發(fā)成本；環(huán)境、社會(huì)和治理標(biāo)準(zhǔn)下對(duì)礦業(yè)行業(yè)綠色發(fā)展的迫切要求。這些都需要不斷加大重大技術(shù)創(chuàng)新的力度，并將其切實(shí)地應(yīng)用到礦山日常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中。

　　——自動(dòng)化采礦設(shè)備尚未得到廣泛應(yīng)用。自動(dòng)化采礦設(shè)備是礦業(yè)行業(yè)最重要的技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域之一。盡管在某些領(lǐng)域的技術(shù)已經(jīng)成熟，但整體仍處于發(fā)展階段且普及程度較低。自動(dòng)化采礦設(shè)備包括露天采礦設(shè)備和地下采礦設(shè)備，其中較為成熟的是露天礦的自動(dòng)化運(yùn)輸設(shè)備。根據(jù)原始設(shè)備制造商提供的系統(tǒng)，各礦山可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸設(shè)備不同程度的自動(dòng)化，分為指導(dǎo)性作業(yè)、遙控作業(yè)、半自動(dòng)化作業(yè)和全自動(dòng)化作業(yè)4個(gè)階段。無(wú)論是實(shí)現(xiàn)何種程度的自動(dòng)化，采礦作業(yè)都會(huì)變得更加一致、可控，在保障人員和機(jī)械設(shè)備安全的同時(shí)能夠提高產(chǎn)能。自動(dòng)化運(yùn)輸系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)已被運(yùn)用于露天礦和地下礦的相關(guān)作業(yè)中。然而，全自動(dòng)化在地下礦的應(yīng)用仍不及露天礦。截至目前，真正的人工智能尚未應(yīng)用到自動(dòng)化采礦中，但這將是未來(lái)的機(jī)遇。

　　——數(shù)字技術(shù)在全面提升選廠運(yùn)營(yíng)優(yōu)化方面尚待深化。目前，選廠中人工智能的主要用途是檢測(cè)異常。下一項(xiàng)主要技術(shù)創(chuàng)新目標(biāo)是建立選廠的數(shù)字孿生模型，以作為完全動(dòng)態(tài)模型，以及應(yīng)用人工智能來(lái)完全自動(dòng)地控制作業(yè)流程。人工智能系統(tǒng)在最開(kāi)始的時(shí)候需要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)學(xué)習(xí)如何加工礦物，以及獲取和處理數(shù)據(jù)并改進(jìn)算法。一旦系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完成，則人工智能系統(tǒng)將被集成到實(shí)時(shí)操作中，并以咨詢模式對(duì)工廠進(jìn)行運(yùn)營(yíng)，向操作人員提出建議。在經(jīng)過(guò)全面測(cè)試后，人工智能系統(tǒng)將能夠完全自動(dòng)地運(yùn)行工廠。人工智能選廠將以最佳運(yùn)營(yíng)狀態(tài)運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的生產(chǎn)，更低的安全或環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，以及對(duì)礦石特性或工藝參數(shù)的任何變化的更迅捷響應(yīng)。人工智能將優(yōu)化工廠運(yùn)營(yíng)的不同環(huán)節(jié)，以提高礦物加工的效率、回收率和盈利能力，還可以根據(jù)實(shí)際磨損和預(yù)測(cè)的組件磨損來(lái)預(yù)見(jiàn)性地維護(hù)設(shè)備。

　　礦業(yè)科技創(chuàng)新發(fā)展的趨勢(shì)

　　盡管目前對(duì)智能礦山還沒(méi)有統(tǒng)一的定義，但其主要目的是采用高度工程化的技術(shù)，并結(jié)合人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等新興關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化連接和各方面的運(yùn)營(yíng)優(yōu)化，是礦業(yè)科技創(chuàng)新發(fā)展的趨勢(shì)。

　　——智能化是礦業(yè)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必然之路。盡管對(duì)智能礦山?jīng)]有統(tǒng)一的定義，但主要目的是采用高度工程化的技術(shù)，并結(jié)合人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等新興關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化連接和所有方面的運(yùn)營(yíng)優(yōu)化，可以總結(jié)為“七化”，即數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化、機(jī)械化、集約化、電氣化、少（無(wú)）人化。國(guó)際頂尖礦業(yè)企業(yè)，如力拓、必和必拓、英美資源集團(tuán)、加拿大黃金公司、加拿大泰克資源公司、南非金田公司、美國(guó)紐蒙特礦業(yè)公司、澳大利亞雷索盧特礦業(yè)公司等，已將智能礦山理念作為其企業(yè)重要發(fā)展戰(zhàn)略之一，在利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G、邊緣計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)等前沿技術(shù)促進(jìn)企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展及提升企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力和可持續(xù)發(fā)展能力方面走在了行業(yè)前沿。

　　——數(shù)字化有望促進(jìn)選礦相關(guān)領(lǐng)域的跨越式發(fā)展。選礦工藝技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)包括持續(xù)機(jī)械化、選廠規(guī)模的擴(kuò)大以及信息技術(shù)在過(guò)程控制中的應(yīng)用。數(shù)字化為礦物加工領(lǐng)域的變革提供了可能，選廠可以在人工智能的幫助下運(yùn)營(yíng)，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)控制和持續(xù)優(yōu)化。美卓公司的首席數(shù)字官JaniPuroranta提出了選廠數(shù)字化的兩個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域：先進(jìn)過(guò)程控制和預(yù)見(jiàn)性維護(hù)。先進(jìn)過(guò)程控制是一種整體方案，既可以識(shí)別出工廠的限制條件，也可以利用軟件在每次設(shè)定點(diǎn)自動(dòng)做出正確決定并執(zhí)行操作來(lái)實(shí)現(xiàn)接近限制條件的穩(wěn)定生產(chǎn)。通過(guò)在監(jiān)管控制流程頂端部署專家系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。另一方面，預(yù)見(jiàn)性維護(hù)可確保設(shè)備最長(zhǎng)的正常運(yùn)行時(shí)間和最大利用率。在這個(gè)概念中，機(jī)器學(xué)習(xí)算法和人工智能被用于檢測(cè)和預(yù)測(cè)機(jī)器的故障或損壞，識(shí)別對(duì)正常作業(yè)模式的偏離，以及偏離最佳作業(yè)的程度。自由港邁克墨倫和麥肯錫通過(guò)建立選礦的人工智能模型，結(jié)合專家意見(jiàn)和優(yōu)化過(guò)程中不斷產(chǎn)生的全新數(shù)據(jù)，從而不斷進(jìn)行模型優(yōu)化，并在人工智能模型的幫助下優(yōu)化選礦流程，最終將其位于美國(guó)亞利桑那州的Bagdad選廠的銅產(chǎn)量提高了10%。

　　——探明隱伏礦體是礦業(yè)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要方向。隨著新礦床發(fā)現(xiàn)率的持續(xù)下降，礦產(chǎn)勘探企業(yè)面臨著越來(lái)越大的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)營(yíng)挑戰(zhàn)?，F(xiàn)今探明的大多數(shù)礦山都位于已在地表或近地表出露的礦體。盡管新的勘探技術(shù)能夠探明一些偏遠(yuǎn)、復(fù)雜且通常低品位的礦床，但對(duì)于新一代礦山的勘探，在經(jīng)濟(jì)可行的條件下，越來(lái)越需要探明位于無(wú)礦蓋層下方的深部礦體，從而取得勘探方面的更大成果。此外，需要利用技術(shù)創(chuàng)新和低創(chuàng)性技術(shù)，以快速且對(duì)環(huán)境影響較小的方式評(píng)價(jià)潛在的礦床。這意味著圈定更精準(zhǔn)的靶區(qū)，更有效地處理巖心數(shù)據(jù)，從而減少鉆探量。

　　——地質(zhì)數(shù)據(jù)的高級(jí)分析與評(píng)估將成為礦山建設(shè)運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)。實(shí)踐證明，一旦實(shí)現(xiàn)了可靠的數(shù)據(jù)采集，則巖土工程數(shù)據(jù)的分析和評(píng)估將成為礦山工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。鉆井、取樣、地球化學(xué)和地球物理方法的增加產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)。得益于計(jì)算機(jī)處理能力的增強(qiáng)，能夠處理的數(shù)據(jù)量也大幅上升。地質(zhì)學(xué)家們現(xiàn)在能夠在三維空間里處理大量數(shù)據(jù)并將其可視化。三維地質(zhì)數(shù)據(jù)的整合和可視化為理解數(shù)據(jù)空間關(guān)系創(chuàng)造了全新的價(jià)值。數(shù)學(xué)算法、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)、模擬和其他最先進(jìn)應(yīng)用程序的發(fā)展都支撐了地球科學(xué)建模工作。然而，隨著關(guān)鍵數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于多個(gè)軟件平臺(tái)中，評(píng)估所有的變量的難度大幅上升，導(dǎo)致業(yè)內(nèi)地質(zhì)數(shù)據(jù)的復(fù)雜性不斷增加。為了更好地預(yù)測(cè)礦產(chǎn)資源潛力，如今礦業(yè)行業(yè)已經(jīng)轉(zhuǎn)向自動(dòng)分類技術(shù)或機(jī)器學(xué)習(xí)，相比以往的手動(dòng)方式能夠更加深入地查詢并分析數(shù)據(jù)。這種類型的分析適用于以常規(guī)手段獲取的大規(guī)模、多波段和多元素地球科學(xué)數(shù)據(jù)集。然而，在區(qū)域勘探條件下，機(jī)器學(xué)習(xí)的實(shí)際應(yīng)用面臨著重大挑戰(zhàn)。其中的主要問(wèn)題是數(shù)據(jù)覆蓋的不均勻、數(shù)據(jù)類型的不同、模型分辨率的選擇、訓(xùn)練點(diǎn)的缺乏和可變性以及在不同觀測(cè)尺度上表現(xiàn)出來(lái)的不同特征。當(dāng)嘗試使用一些可用的常見(jiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)算法來(lái)構(gòu)建代表性的“預(yù)測(cè)”模型時(shí)，需要特別注意以上因素?！?/div>