智慧矿山与贫铁矿绿色高效开采关键技术 汇报人：柳小波 东北大学智慧矿山研究中心 2 018年 08月 10日 汇报提纲 1 2 3 4 东北大学智慧矿山研究中心简介 铁矿资源开采新挑战 智慧矿山建设思考 贫铁矿绿色高效开采研究成果 一、东北大学智慧矿山研究中心简介 中心名称 中文名称：智慧矿山研究中心 英文名称：INTELLIGENT MINE RESEARCH CENTER 领域和学科 研究类别 所属领域：资源环境 学科分类：矿业工程 应用基础研究 研究与发展成果应用 单位负责人 主任：邵安林 院士 常务副主任：柳小波 副主任：朱万成、毛亚纯 地点 东北大学本部校区/沈阳市和平区文化路3-11号（110819） 二、铁矿资源开采新挑战 挑战1：我国铁矿石因品位低，难采、难选、难冶，开发利用过程中污染产排量大、 控制难、风险高、生态破坏重。    建立全系统优化、全过程配置、全生命周期管控的绿色智能制造理论和关键技术。 建立高效、低碳、绿色开发关键技术体系。 建成地下采选一体化、大规模充填技术、自然崩落法技术示范基地。 张家湾地下采选一体化系统 五品联动模式 二、铁矿资源开采新挑战 挑战2：矿山灾害孕育全过程监测信息的孤岛效应与主动防控技术的缺失    建立矿体开采过程岩体力学响应的“空-天-地-深”四维一体化实时监测系统 揭示矿体开采诱发地灾全过程岩体深部细观破裂与岩体表层宏观位移的关联性 建立一套基于实时监测信息的地质工程灾害预测系统与灾害防控技术 预测滑坡体 “ 空-天-地-深”监测系统 潜在灾害区域 岩体失稳宏细观分析方法 二、铁矿资源开采新挑战 挑战3：数字化、智能化、自动化程度低，管理粗放，技术水平落后    基于三维模型与增强现实技术，建立数字开采技术平台 基于物联网技术，建立远程遥控与无人采矿技术平台 基于大数据与云计算技术，建立智能矿山生产管控平台 智能管控 数字开采 远程遥控+无人采矿 三、智慧矿山建设思考   智慧矿山是智能经济社会发展的必然，是信息化与工业化深度融 合的产物，更是行业发展大势所趋。智慧矿山的内涵，不能简单 地理解为信息化或智能化，它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。 智慧矿山建设是实现高效、绿色、安全、智能矿山生产基本保障。 《 全国矿产资源规划（2016-2020年）》，明确提 安全 资源 环保 效益 出“十三五”期间大力推进“互联网+矿业”发展， 加快建设智慧矿山，促进企业组织机构和管理模式变 革，加快传统矿业转型升级。 智慧 矿山 三、智慧矿山建设思考  智慧矿山建设实质是：以工艺技术升级为基础、以信息技术和智能制 造为手段的管理模式的深度变革，必将使矿山发展能力和水平得到革 命性提升。当前，正值矿山行业调整转型的关键时期，加强矿山领域 的技术和管理创新研究势在必行。当前智慧矿山建设，符合矿业发展 大趋势，对引领整个行业的发展具有重要示范意义。 安全 数字化开采 无人化操作 大数据分析 智能化指挥 开采 生态 和谐 智慧 开采 通过智能化关 键技术实现全 流程的优化 智慧 矿山 环境 保护 降耗 增效 企业 效益 云数据共享 自动化调度 四、贫铁矿绿色高效开采研究成果 研究成果 1 2 3 4 、矿山全流程生产与管理模式研究 、露天矿精准安全开采技术研究 、地下矿绿色高效开采技术研究 、矿山危险源监测与预警技术研究 四、研究成果_矿山全流程生产与管理模式研究 五品联动模式 图示 含 义 地质、采矿、配矿、选矿、冶炼子系统，颜 色的深浅表示系统间递进过程中所在的层次 边界品位、采出品位、入选品位、精矿品位、 入炉品位，是各子系统的要素，颜色的深浅 表示品位的高低，即价值的富集程度 表示系统间递进的方向,物流转移的路径，在 系统联动过程中因产品关系产生的直接影响 管理层面的信息反馈，包括子系统状态、指 数评价、工作修正意见等 五品联动动态决策系统 系统与管控平台的信息通道 “ 五品联动”是以系统价值最大化为目标，统筹评价地质品位、采出 品位、入选品位、精矿品位、入炉品位，全系统联动优化。 四、研究成果_露天矿精准安全开采技术研究 露天矿环境空天地协同监测技术  背景：以往露天矿边坡灾害多使用单一监测手段，无法全面掌控灾害时空特征，影 响灾害的监测预警。    天基：卫星高分遥感 空基：无人机 时 间 地基：热成像、GPS、测量机器人 协 同 优 势 互 补  点-面监测融合 空 间 在线-离线监测融合   变形场-温度场综合 现场监测与数值模拟耦合 四、研究成果_露天矿精准安全开采技术研究 露天矿环境空天地协同监测技术 背景：以往矿山环境遥感监测多使用单一波段，存在“异物同谱”现象，分类精度低，难以达到 精细监测。 露天矿固废 监测 露天矿土壤 可见光-近红外光谱仪 热红外光谱辐射计 露天矿植被  有效解决了地物在单一波段存在的“异物同谱”现象，实现了矿山环境要素遥感的精 细探测 四、研究成果_地下矿绿色高效开采技术研究  地下采选一体化系统研究 地下采选一体化系统实现了无废开采，废石不出坑，尾矿直接回填，不建地 面尾矿库，地表不受破坏，对经济、生态具有重要意义。 （ （ （ （ （ （ 1） 地下大型硐室群岩体稳定性； 2） 地下选矿厂空间结构布置； 3） 地下采选系统抗震特性； 4） 大型地下硐室群施工过程信息化监测； 5） 大型地下硐室群施工过程工程地质灾害预警； 6） 采选一体化硐室群设计、施工相关规范制定。 科 研 攻 关 四、研究成果_地下矿绿色高效开采技术研究 基于流体致裂自然崩落法技术研究  自然崩落法的使用条件为：矿石应是不稳固的，最理想条件是 具有密集的节理和裂隙的中等坚硬矿石，当拉底到一定面积之 后能自然崩落成大小适中的矿石块。   为了使黑色金属矿满足自然崩落法的使用条件，必须降低矿体 的坚固性系数，改变矿体的岩石力学性质。 利用流体致裂人工干预技术诱发矿体形成高密度网状裂隙，从 而降低矿岩的坚固性系数，人工改变矿体的地质条件。 急倾斜矿体天然裂隙 压裂钻孔布置 致裂后矿体裂隙发育 ① 矿体上盘围岩 ② 矿体下盘围岩 ③ 矿体 ④ 矿体原生裂隙 ⑤ 预裂孔 ⑥ 人工干预裂隙网 四、研究成果_地下矿绿色高效开采技术研究 基于流体致裂自然崩落法技术研究   水压致裂裂纹单一。 气体比水具有更大的压缩 比，同时气体分子较小， 具有更好的渗透性，气压 裂产生的裂纹更为复杂， 通常为一族裂纹簇。 室内水致裂试验 沿钻孔方向 垂直钻孔方向 气压致裂复杂缝网 室内气压致裂试验 四、研究成果_矿山危险源监测与预警技术研究 尾矿库在线监测及预警系统 四、研究成果_矿山危险源监测与预警技术研究 边坡稳定性在线监测及预警系统 四、研究成果_矿山危险源监测与预警技术研究 矿山地压在线监测及预警系统 四、研究成果_矿山危险源监测与预警技术研究 1 -岩体力学参数表征、三维重构及关键块体识别 矿山致灾评价系统 利用三维不接触测量系统对岩体出露结构面进行现场测试，重构岩体三维轮 廓并对结构面进行精准识别，通过统计分析得到各组结构面的几何统计信息。再 根据结构面几何参数特征值及蒙特卡洛算法生成含节理的岩体三维模型。 结 构 面 标 定 系 统 合 成 左视图 岩体三维图像 右视图 结构面几何参数特征值 倾向（°） 分布率 均值 组 别 迹长（m） 分布率 均值 倾角（°） 方差 方差 分布率 均值 方差 1 2 正态 负指数 0.679 0.27^2 正态 0.897 0.26^2 正态 正态 135.78 56.45^2 指数 76.76 10.11^2 147.25 28.73^2 正态 42.57 12.71^2 3 0.476 0.127^2 指数 293.94 10.93^2 指数 68.24 5.95^2 19 四、研究成果_矿山危险源监测与预警技术研究 2 - 数值模拟及微震监测相结合的岩体损伤 过程分析方法 矿山致灾评价系统 微震数据 导入数值模型 解 读 微 震 事 件 迁 移 过 程 数值计算 分析损伤过程 20 四、研究成果_矿山危险源监测与预警技术研究 3 及预警平台研发 利用三维激光扫描仪，对运输大巷、采场进行激光扫描。处理点云结果，实现 - 基于虚拟现实技术的多源信息协同监测技术 矿山致灾评价系统 巷道、采场三维形貌重构。 三 维 激 光 扫 描 仪 重 构 的 巷 道 轮 廓 重 构 过 程 21 四、研究成果_矿山危险源监测与预警技术研究 3 - 基于虚拟现实技术的多源信息协同监测技术 矿山致灾评价系统 及预警平台研发 通过二次开发，将应力场、微震数据集成到虚拟现实系统之中， 实现在动态开采过程中地压演化规律的真三维显示。 石人沟铁矿 夏甸金矿 22 习主席在十九大明确指出： 智能制造是企业发展的“金钥匙”。 矿业工程作为夕阳产业，借助 科技创新东风扬帆再航，为中 华民族伟大复兴再做贡献。 东北大学智慧矿山研究中心愿行业同仁 一起为矿业工程的再度辉煌倾其所能。 敬请各位专家批评 指正！ 谢 谢！