10月17日，在由上海有色网信息科技股份有限公司（SMM），西部矿业主办，中国金属材料流通协会、铝业加工技术中心特邀指导的2024SMM第十三届金属产业年会——2024SMM矿业年会上，北京科技大学/土木与资源工程学院所长/教授/博士生导师 柳小波对智慧矿山：革新矿业的实践与展望进行了分享。
01 智慧矿山建设的必然性
2023年7月24日中央政治局会议进一步强调了促进数字经济与实体经济深度融合的战略导向：“推动数字经济与先进制造业、现代服务业深度融合，促进人工智能安全发展。”
从宏观层面看，数字经济深刻重塑国内经济格局。
（一）国内大市场逐步形成
（二）颠覆传统生产生活模式
互联网、大数据、云计算、人工智能、区块链等数字技术是第四次科技革命的核心内容和标志性成果，已成为当前和未来生产方式、生活方式和治理方式变革的关键性驱动力量，已成为重组资源要素、重塑经济结构、重构竞争格局的重要手段。
►从工业领域看，数字经济推动智能制造融合发展
作为数字经济的核心驱动力的人工智能技术，与物联网、云计算和大数据技术深度融合，构建人—网—物的互联体系和泛在的智能信息网络，推动人工智能向自主学习、人机协同增强智能和基于网络的群体智能方向发展。这也在改变制造业发展模式和产业生态。
最近，从生成式人工智能ChatGPT的诞生，可以看出人工智能在向各个领域广泛渗透，应用场景日趋多元化，必将催生智能制造的新模式新业态。
►从冶金矿山行业看，数字经济赋能传统产业转型升级
我国是全球矿产资源生产和消费第一大国，在世界矿业市场上具有重要的影响力。但在新阶段新形势下还面临诸多挑战：
（一）资源保障能力不足
目前我国有14种矿产对外依存度接近或超过50%。
（二）资源开发利用率低
虽然国内资源总量丰富，但是存在资源禀赋差、开发利用工程技术复杂、综合利用难度大、开发利用率低的情况。
（三）产业集中度低
以铁矿为例，小型矿山占85.6%、中型矿山占9.5%、大型矿山占4.9%。
（四）安全问题依然突出
（五）环保压力巨大
破解这些发展难题，需要坚持智慧化的发展思路，推动资源开发方式深刻变革，加快矿山数字化、网络化、智能化进程，实现集约、高效、可持续发展。
02 智慧矿山建设路径思考
（一）数字矿山、智能矿山、智慧矿山概念区分
我国的矿山建设分别经历了机械化、自动化、信息化、数字化和智能化等阶段，目前正处于数字化向智能化的过渡阶段。发展过程中，逐步产生“数字矿山”、“智能矿山”和“智慧矿山”等概念。
►数字矿山
Ø 吴立新教授认为：数字矿山是对真实矿山整体及相关现象的统一认识与数字化再现，是一个‘硅质矿山’，是数字矿区和数字中国的一个重要组成部分。
Ø 孙豁然教授认为：“数字矿山是以计算机及其网络为手段，把矿山的所有空间和有用属性数据实现数字化存储、传输、表述和深加工，应用于各个生产环节与管理和决策之中，以达到生产方案优化、管理高效和决策科学化的目的。
►智能矿山
Ø 自然资源部《智能矿山建设规范》：“在地质测量、资源管理、采矿生产、选矿加工、运输仓储等方面实现数字化、信息化、智能化管控的现代化矿山”，指出智能矿山建设应包括基础设施、资源管理、采矿、选矿、生态环境保护、矿山大数据应用与智能决策，具有系统性、全面性和技术指导性。
Ø 战凯教授认为：智能矿山是采用人工智能、工业互联网、新一代通信技术、大数据、区块链、边缘计算、精确定位与导航、虚拟现实等智能技术和信息化技术，深化改造并重塑矿山采、选、冶等核心生产环节，实现矿山全链条的智能化与协同化，从而达到矿山经营处于高效、安全、绿色、和谐及经济效益最优的目标。
►智慧矿山
Ø 王国法院士认为：智慧矿山是基于现代智慧理念，将物联网、云计算、大数据、人工智能、自动控制、移动互联网、机器人化装备等与现代矿山开发技术融合，形成矿山感知、互联、分析、自学习、预测、决策、控制的完整智能系统，实现矿井开拓、采掘、运通、洗选、安全保障、生态保护、生产管理等全过程智能化运行。
Ø 国家标准《智慧矿山信息系统通用技术规范》：基于空间和时间的四维地理信息、泛在网、云计算、大数据、虚拟化、计算机软件及各种网络，集成应用各类传感感知、数据通信、自动控制、智能决策等技术，对矿山信息化、工业自动化深度融合，能够完成矿山企业所有信息的精准适时采集、高可靠网络化传输、规范化信息集成、实时可视化展现、生产环节自动化运行，能为各类决策提供智能化服务的数字化智慧体，并对人一机一环的隐患、故障和危险源提前预知和防治，使整个矿山具有自我学习、分析和决策能力。
Ø 邵安林院士认为：智慧矿山不能简单地把它理解为信息化或智能化，而是遵循系统工程理论，利用现代信息技术和已知知识应对未知变化，实现对矿山生产经营主动感知，统筹优化各种资源，在符合矿山安全生产、环境保护要求的前提下，实现矿山资源利用效率与经济社会效益自主动态平衡的先进矿山发展模式。最终是以实现矿山数字化开采、无人化操作、云数据共享、大数据分析、智能化调度和智慧化决策为主要目标，通过智能化关键技术实现全流程的优化，进行有效的矿山资源配置，进而达到矿山安全开采、智慧开采、降耗增效、环境保护、生态和谐的目的。
智能矿山：侧重于设备、流程、工序的智能化。
智慧矿山：是智能化的更高维度，侧重于工艺、技术、体制、机制、管理的全面创新，表现为全要素和全流程的自反馈、自适应、自决策，最终实现无人矿山。
共同目标：实现矿山的本质安全、高效生产和绿色低碳。
与传统矿山相比，智慧矿山具有更长远的战略考量、更系统的管理思维、更快捷的反应能力、更深入的智能化特点。必须将企业发展战略、先进科学技术、管理方式以及新一代信息技术紧密结合，整体谋划、统筹推进。
（二）从战略层面要做到“四个注重”
►顶层设计
►系统思维
要树立系统观和整体观，从“大矿业”整体角度出发，将矿山的各个环节视为一个有机的整体，按照大系统的处理方法进行优化，实现整体价值最大化。
►协同创新
要整合矿山、信息技术等行业领域的产、学、研、用技术力量，开展全面深入的智慧矿山关键技术研究和应用示范推广，力争形成动态、协调、优化的智慧化矿山整体环境。
►本质安全
从根源上防范矿山生产中的各类安全风险。
（三）从管理层面要抓好“四个环节”
重点依托工业互联网平台和智能制造技术，从智慧感知、智慧生产、智慧决策、智慧服务四个关键环节入手，形成完整的智能化高效运营管理体系。
智慧感知：运用5G、高精度智能传感器等新型技术，构建庞大的基础网络体系，实现对关键过程参量的在线快速检测，对关键设备实现数据实时采集，对整个生产流程、管理要素、实现全面覆盖、精准感知。
智慧生产：从全局最优角度出发，将物质转化机理与装备运行信息进行深度融合，构建过程价值链数学模型，建设全价值链管控平台，系统协调各部分操作，实现物质流、能量流、信息流、资金流四流联动，信息共享、协同优化。
智慧决策：通过建立数据分析模型和决策支持模型，利用数据仓库技术、数据挖掘技术，实现生产运行与采购销售高度关联，产品生产与市场需求紧密衔接，保证企业科学决策。
智慧服务：通过建立基于“端-网-云”的工业互联网平台，泛在连接并整合各种数据资源，规范数据标准，促进跨领域的协同互动，实现产业资源的开放共享和高效配置，为同行业信息化专项需求提供服务。
（四）在技术层面要抓好“工艺智能协同创新”
工艺技术创新是智慧矿山建设的前提和基础。按照矿业科技与装备的智能化发展趋势，未来智慧矿山工艺技术升级应重点把握好以下几个方向：
一是深部采矿技术。首先针对深部矿床的高温高应力等特定开采环境，以及复杂的水文地质条件，推进深部开采智能化技术研究，努力实现安全、高效、经济开采。然后针对地下开采过程中采区顶板冒落、高应力岩爆、岩移与地表塌陷等难题，开展地压灾害智能防控技术研究，实现开采过程灾害的精准预测与防治。
二是高效选矿技术。在工艺方面，重点开展短流程选矿、复合选矿与选冶联合工艺、新型选矿药剂等前沿技术的研究及应用，引领新的选矿技术革命。在装备方面，由于我国大型选矿装备的自主研发、系统集成能力较差，产业化制造能力较弱，所以要加快选矿厂集成化、智能化控制系统、信息化与自动化融合等技术的自主研发，不断提升选矿全流程自动控制和信息化管理水平。
三是绿色低碳技术。加快基于全系统优化、全过程周期管控的绿色智能制造理论和关键技术研究。重点开展好矿山无废无扰动开采工艺、低成本充填采矿、伴生矿有用组分的回收利用等技术研究。加快研发推广先进的节能低碳技术。重点是深度脱碳的氢还原、非高炉冶炼、碳捕集利用等成本低、效益高、减排效果明显且安全可靠，具有推广前景低碳、零碳和负碳技术。
03 智慧矿山实践案例
以鞍钢矿业齐大山露天矿为例
（一）矿山简介
鞍钢矿业是我国掌控铁矿石资源最多、产量规模最大，具有完整产业链的冶金矿山龙头企业。现具备2.3亿吨以上采剥总量、年产铁精矿1800万吨的生产能力。公司拥有七座大型铁矿山、六个大型选矿厂和众多辅料矿山。齐大山铁矿具备铁矿石生产能力1700万t/a，是鞍钢矿业主要铁矿石生产基地，是亚洲大型冶金露天矿山之一。
以齐大山铁矿为建设基地，开展全流程智能安全开采关键技术研究与应用，势必全面提升铁矿开采效率，提升鞍钢矿业产品竞争力，对降低我国铁矿石对外依存度，保障我国钢铁行业健康稳定发展具有重要意义。
（二）总体规划
（三）实施路径
1、建立露天矿智能矿山总体架构及五大生产环节全流程智能安全开采框架
2、研发大型金属露天矿多工序智能化技术
3、开展多场景协同联动智能化开采实践
4.建立“全流程规划→多工序智能→多场景联动”露天全流程智能开采模式
04 智慧矿山未来展望
企业层面
随着矿山行业与5G通信、工业互联网、大数据和人工智能等新技术的深度融合，我国的矿山企业建设将会逐渐从数字化走向智能化，最终实现智慧化。其最终发展阶段可以总结为以下几点。
►高度智能的无人生产
采场内部将实现全面无人化，所有的钻孔、装药、爆破、铲装和运输过程由机器设备自动运行。
►高效智慧的运营管控
矿山的所有数据汇聚到数字孪生模型上，以便实现矿山全生命周期的智能化决策和管理。
►高级可靠的安全保障
通过实时监测和预警等手段，从根源上防范矿山生产中的各类安全风险，保障本质安全。
►生态和谐的绿色矿山
采用低碳的电动装备，构建“矿山智能微电网”，减少对环境的影响和污染，实现零碳矿山。
行业层面
在行业层面，矿山发展也必将打破企业和领域的界限，逐步向智慧矿业转变，最终形成标准统一、资源集中、服务共享、产业协同的智慧矿业生态圈。
