[01223526]露天矿山数字爆破研究与应用

1.课题来源与背景 随着全球信息化时代的到来,伴随现代矿山开采的设备大型化、过程自动化、生产集约化和矿床模型数字化,采掘业这一粗放、古老的行业不仅面临着深刻的技术革命,更面临着巨大的信息革命,以数字矿山或智能矿山为目标的信息革命将对矿山的技术创新、资源共享、生产与管理水平和效率提高起到至关重要的影响。 数字爆破是数字矿山的核心内容之一。矿山爆破信息化经历了计算机辅助设计、计算机仿真、爆堆数字图像分析、爆破设计专家系统等阶段,这些虽然对矿山爆破设计和管理起到了积极作用,但由于功能单一、信息孤岛现象严重,无法在矿山各工艺环节实现信息共享,更无法谈及在系统内不同矿山乃至全行业的数据共享,在很大程度上制约了爆破工艺技术水平的提升和爆破工艺系统的精准评价,影响了爆破工艺的系统优化和本质安全程度的改善。 鞍钢矿业公司作为国内冶金矿山的龙头企业集团,拥有多座露天、地下和露井联合开采矿山,采剥总量达到2.5亿吨以上,其生产规模、工艺技术、管理水平均处于国内领先地位,特别是爆破技术及信息化管理水平处于国际先进行列,信息化网络已经覆盖所有矿山及车间,公司云计算服务平台实现了多项自主创新,为全公司系统数据处理及信息交换提供了强有力的保障。正是基于爆破领域发展趋势和鞍钢矿业的建设需求,课题组提出了以鞍钢矿业公司所属露天矿山为研究对象,将现代爆破技术与信息技术相结合,继承与创新相结合,理论研究与实验研究相结合,以数据仿真、智能推理和云计算为支撑,研究以数字爆破信息采集、挖掘、提炼、共享为目标的新一代数字爆破系统,推动爆破理论创新、设计技术创新和管理手段创新,设成具有国际先进水平的数字爆破示范基地。 2.技术原理及性能指标 露天矿山数字爆破系统是以现代岩石破碎与炸药理论、实验室科学实验为基础,以矿山实际岩体、岩性和结构条件为前提,以爆破数据采集与爆破挖掘为支撑,以计算机仿真计算和人工智能为依托,以矿山区域信息网络和云服务为平台,以MGIS和AMS及制度化规范为保障,建立起以爆破技术为核心、以数字化信息采集与运用为手段的矿山数字爆破系统,实现采场原矿的全生命周期管理。在建立起矿山地理信息系统和管理系统基础上,通过电铲、钻机、装药车、设计用Pad终端等设备的精确定位、信息采集和实时通讯,实现公司和矿山两极可视化设计和管理,在公司云计算中心支持下实现远程数字化爆破优化设计和起爆控制,并实现爆破效果评价的数据积累和挖掘的数字化,通过自主学习模型的不断自我完善,逐步实现数字爆破向智能爆破的升级,从而实现优化设计、数据共享、成本控制、节能降耗和效率提升的目标。采用该成果为矿山直接节省炸药3%～11%,电铲装车效率提高5.3%以上,移动破碎能耗降低4.5%,矿山管理效率极大提高,矿石回收率和生产效率得到有效改善,矿山综合效益提高5.0%,可大量节省后续工艺中破碎磨矿能耗。 3.技术的创造性与先进性 （1）首次对露天矿山数字爆破进行了系统研究,将人机交互技术、定位与通信技术、数据自动采集与仓储、数据向知识转化技术等融合为一体,实现了爆破技术与信息管理集成创新。（2）创造性地提出能时密度、入射能应变率指数和有效能耗密度概念,并建立了有效能耗密度与动态应变率的关系模型,形成了炸药能量输出结构特征的量化表达方法。（3）将聚能装药与不耦合装药结合在一起,提出了聚能不耦合系数概念,研究制作了环保型聚能不耦合间隔装药器。（4）开发设计了具有自主产权的基于图像形态重构和矿石块度形态分析的露天矿爆堆块度快速自动处理与分析系统。（5）本项目获得发明专利2项,实用新型专利5项,软件著作权2项。 4.技术的成熟程度,适用范围和安全性 项目形成的技术和系统具有完全自主知识产权,成熟度高,可在金属矿和非金属露天矿直接推广应用,应用无任何安全隐患。 5.应用情况及存在的问题 从2011年起,该项成果成功在鞍钢矿业公司的大孤山铁矿、东鞍山铁矿、土城子石灰石矿、齐大山铁矿、眼前山铁矿、关宝山铁矿、弓长岭矿业公司得到推广应用。三年多的应用表明,采用该成果为矿山平均节省炸药3%～11%,电铲装车效率提高5.3%以上,移动破碎能耗降低4.5%,矿山管理效率极大提高,矿石回收率和生产效率得到有效改善,矿山综合效益提高5.0%,三年应用为企业创造直接经济效益为7.17亿元。考虑生产和销售不耦合及聚能不耦合装药间隔器收益、矿岩爆破质量改善所带来的破矿和磨矿能耗降低及生产效率提高所带来的间接经济效益在21.5亿元以上,因此露天矿山数字爆破技术的应用具有划时代意义,有巨大的推广应用前景。 系统应用之前,应建立矿山地理信息系统,完善矿岩、炸药等基础数据信息,保证系统的可靠性。 6.历年获奖情况 该项目曾获鞍钢集团2013年度科学技术特等奖。项目的部分内容“大型露天矿山爆破参数及工艺优化”曾获2012年度中国钢铁协会科学技术三等奖。