5G+智慧矿山

江西铜业股份有限公司城门山铜矿围绕互联网+矿山，聚焦“5G+”创新应用，融合露天矿业转型和升级，着力打造由智能采矿、智能选矿、智能管控、智能生态组成的智慧矿山样板。

目标实现资源与开采（数字）程序化、装备及生产过程智能化、信息传输网络立体化、管理与决策科学化的新型管理模式。

1、背景及目的

依据《全国矿产资源规划（2016-2020年）》，智能化成为矿业转型升级的必然之路，江西铜业股份有限公司结合三年创新倍增计划，大力推进科技创新，加快数字化、信息化建设，积极响应矿山智能化升级。

城门山铜矿围绕互联网+矿山，聚焦“5G+”创新应用，融合转型和升级，着力打造智慧矿山样板，目标实现资源与开采（数字）程序化、装备及生产过程智能化、信息传输网络立体化、管理与决策科学化的新型管理模式。

本着解决升级瓶颈、实施长远布局的原则，城门山铜矿高度重视顶层设计和实施规划，通过与国内外矿业技术公司全方位交流，联合国内院校和智能制造企业，在学习和吸收国际成熟的技术基础上，结合矿山实际，形成采用人工智能、大数据、互联网等技术与矿山管理深度融合的系统构架。

2、技术构架

利用5G+工业互联网技术、大数据技术、建模优化技术和虚拟现实等技术整合矿山采矿生产、设备、安环、能源等业务，按照“基础提升、集约管控、持续优化”的路线稳步实施。

建设先进的宽带移动通讯专网与矿山局域网融合，形成“一云三网”系统，即矿山私有云（数据中心）、管理网、控制网、监控网 。通过矿山大数据运用和虚拟矿山系统，建立智慧矿山管控平台。

3、智能矿业生态（技术合作)

构建开放型顶层构架，形成数据驱动和智能驱动，吸引产业链集成创新，通过共同投资，实现多方合作共赢，共建智能矿业生态。主要的合作伙伴有：山推工程机械股份有限公司、徐工工程机械集团有限公司、青岛慧拓智能机器有限公司、江西东锐机械有限公司、中国移动通信集团江西有限公司、航天重型工程装备有限公司、华为技术有限公司、中信重工机械股份有限有限公司、江西起重机械总厂有限公司、天河道云（北京）科技有限公司等。

4、实施情况

1）智能采矿

智能采矿由一个中心（采矿生产集控中心）+三个平台（数字采矿平台、矿用车联网平台和VR/三维可视化平台）+五个系统（智能边坡监测系统、智能视频系统、4G/5G通讯系统、无人值守系统、无线巡检系统）组成。实现矿山安全和环保的精准管理，解决资源及矿石流的专业化、最优化管理，打造少人化和无人化的运维模式。

(1)数字采矿平台：构建智能排产系统，实现长、中、短期计划数字化排产，提高排产工作效率，提升计划执行率和质量的均衡度。该系统主要包括地质勘探模型、爆堆数据模型、台阶预测模型、三维地表模型、计划编制、探采对比分析子项。 根据供配矿目标，自动完成配矿方案解算、结合爆堆数据、生产监控数据优化调整的配矿方案，自动完成对智能调度系统下达配矿指令，实现程序化采矿计划编制。

(2)矿用车联网平台：实现V2X(人、车、路、矿)的控制与最优化管理，由智能调度、智能运维、智能驾驶组成。

1）智能调度系统：实现装、运、卸的全过程控制与优化管理，自动实现各种生产资源的合理配置和利用，实现效率最高，消耗最低。运用北斗定位为主、GPS定位为辅的卫星定位技术、无线网络通讯技术、核心调度模型技术等技术，实现智能管理。

2)智能运维系统：对设备数据的实时采集、分析、研判，结合整机和部件的生命周期管理和矿山中长期规划，形成采矿设备智能动态管控，挖掘设备的最大经济价值。

3)智能驾驶系统：通过采矿设备智能化、无人化改造(包含钻机、液压挖掘机、电动轮矿用自卸车和推土机等)，结合矿用车联网平台和数据驱动管理，打造了城门山铜矿30台阶示范作业区。

①远程遥控钻机：通过融合AI技术和5G网络通讯技术，实现设备远程操控和智能作业。

②远程遥控挖掘机：通过融合AI技术和5G网络通讯技术，实现设备远程操控和智能作业。

③无人驾驶110吨电动轮矿用自卸车：利用新一代5G通信、智能驾驶技术和车联网等技术，使矿卡具备单车智能驾驶，完成装载、运输、卸载的自动驾驶循环作业。

④远程遥控 SD52大马力推土机：通过融合AI技术和5G网络通讯技术，实现设备远程操控和智能作业。

3、智能视频系统:通过建立视频监控系统：整合各类不同来源、不同格式的图像资源，实现各类视频信息整合和管理，实现跨区域、跨部门的视频监控资源共享和互联互通互控，对视频画面中的海量数据进行分析，依据设定的规则进行判断和报警（如针对驾驶行为、人体、人头、工作服、安全帽等重要目标建立了模型库，能够在复杂场景下对目标进行跟踪和分析，实现不安全行为的智能监管）。

4、无人值守系统：通过PCS系统实现对水泵、阀门等装置实施自动控制及运行参数自动检测。

1. 无线巡检系统：规范点检人员的行为，形成完整、实时、有效的点巡检数据，与矿山生产及运维管理形成完整系统。

6、智能边坡监测系统：1）通过三维激光扫描仪系统，实现大范围空间连续覆盖扫描，测距精度高达5mm；自动生成区域边坡变形报告，对各区域边坡进行全方位实时在线监测，自动分级别分区域发送预警。2）通过GNSS系统自动生成区域边坡变形报告，对各区域边坡进行实时在线监测。3）开创三维激光扫描仪系统与GNSS系统的数据共享分析，实现边坡安全的精准监控。

2）智能选矿

智能选矿改造实践构建1+2+3+n的管理模式，二期选矿全流程管控、两套集散控制（DCS）系统、三套专家系统、N个采集、分析、执行系统，打造适合现场管理的智能选矿，从而抑制矿石性质波动频繁，完善生产关键指标的在线检测手段 ，解决生产操作难度大、生产稳定性差、造成资源浪费及选矿指标不够理想等问题。具体的部分案例有：

（1）磨矿专家控制系统：实时采集磨矿产物粒度和矿浆浓度的数据，通过粒度数据及时的调整磨矿工艺,保持磨矿产物符合浮选工艺的要求。通过自动加球机、磨机与矿石性质、粒级控制、浓度控制等变量形成闭环。

磨矿专家控制系统结构图

（2）浮选专家控制系统：对浮选流程关键生产数据及指标进行在线检测分析，搭建自动化监控平台，形成了以数据驱动与专家控制规则相融合的浮选全流程优化控制系统。

浮选专家控制系统结构图

1. 浓密脱水专家控制系统：建立了包括浓密机底流浓度、泥层高度、存矿量等关键运行参数在内的软测量模型，结合浓密过程安全生产动态监测，实现了浓密机底流放矿的自动调节。投用后，铜精矿浓密机平均底流放矿浓度从53.7%提升到66.2%，有益于滤饼水分降低、更易卸矿，减少了物料的损耗。

浓密脱水专家控制系统结构图

（4）机器人

具备定时、定量添加钢球功能，逐步建立并优化自动加球模型，实现在中控页面上显示加球量和故障报警信息。

智能机器人现场作业图

（5）无人抓斗：

通过融合智能控制技术和5G网络通讯技术，实现抓斗远程操控/无人操作，实现矿山销售系统无人化。

1. 智能管控

构造“一云三网”系统，即矿山私有云、管理网、控制网、监控网。整合矿山生产、设备、安全、环保、能源、供销等数据，形成业务数据化、数据业务化。形成基础提升、集约管控的一体化管控平台，部分案例：

（1）智能销售货运系统：1）智能计量，是在智能称重系统基础上推出的以计量数据为核心、IC卡和二维码为称重数据载体的自动计量及出入库管理系统，贯穿了企业物资出入库的全过程。2）智能门禁。3）智能抓斗。4）货运监控。5）销售信息系统。

（2）虚拟矿山系统：通过三维模拟场景了解采选流程现状，同时又能通过对采选流程现状的了解，指导下一步生产的目的，实现了场景漫游、矿山作业虚拟仿真和主动立体展示及实时交互。

（3）大数据中心： 集成全矿数据（包括采矿、选矿、能源、安全、物资等原始数据和生产操作、巡检、控制、管理过程的衍生数据等），通过大数据的价值挖掘，提高管理决策的科学性。

矿山数据中心网络拓扑图

三、技术创新点

1、国内首家基于宽带移动通讯(4G/5G专网）的露天有色矿山业务应用单位；

2、国内先进的露天金属矿山的采矿作业设计与流程化排产：实现年度、月度、日计划程序化排产，与智能调度形成闭环；

3、国内首个矿用车联网管控平台：创新构建智能调度、智能运维、智能驾驶系统，实现人、车、路、矿等相关要素统一调配 ；

4、国内首个基于5G+矿用车联网的智能驾驶：实现矿用卡车、推土机、钻机、挖掘机的智能化作业；

5、国内首个基于5G+MEC+DCS智能选矿：实现磨矿、浮选、浓密全流程专家系统控制；

6、国内首个基于5G+智能（精矿）销售发运系统：集成精矿销售、门禁、装载、计量、货运监控全过程无人化；

7、国内首个一体化矿山数据中心，实现矿山业务数据化、数据业务化；

8、创建国内首个智能矿业生态链；

9、国内领先的智慧矿山。

四、成效及推广价值

结合矿山实际规模及作业量，5G+智慧矿山创造效益2500万元/年，其中降低成本1000万元、提高铜回收率1%，提高硫回收率5%，减员60人以上 。

通过智能矿业生态，共享产业智能驱动的价值，整体提升产业链的智能化水平，助力国内制造业的产品创新。

随着案列的示范应用，可以在行业范围内建立相关建设标准，从而进行大范围的技术推广与应用，项目所使用的核心技术具备丰富的应用场景，推广范围包括国内其他露天金属矿山、露天非金属矿山、露天煤矿等。鉴于产生良好的示范作用，来矿参观学习众多，如国家能源集团、中国五矿集团（云锡）、中信集团、中国铝业（平果铝业）、紫金矿业集团、大冶有色集团 、铜陵有色集团、山东黄金集团、大宝山矿业、西藏巨龙、洛钼集团、铜陵化工集团（新桥矿业）、沃尔沃集团、日本小松公司、太原重工、三一重工、徐工集团、航天科工、祥云化工、伯雷科技、宏景智能、北京矿冶、上海交大、中国矿大、东北大学、中南大学等。

五、下一步发展

1、推广5G TO B专网业务运用，配合生态伙伴开发工业模组；

2、进一步探索5G+MEC的技术优势，加快推进数据驱动和智能驱动，深度探索露天矿业的智能驾驶；

3、不断挖掘矿山大数据价值，加强风险管控，优化工艺专家系统，完善设备最优化管理。