浅析智慧矿山建设及深部开采技术应用

引言

随着全球矿产资源需求持续增长，矿山开采逐渐向深部延伸，深部开采面临的 “三高”复杂环境，给安全生产与资源高效开发带来巨大挑战。物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术蓬勃发展，为矿山行业转型升级提供了新路径，智慧矿山建设成为行业发展必然趋势。研究智慧矿山建设与深部开采技术应用，对保障资源可持续供应、提升矿山安全水平与经济效益具有重要现实意义。

、智慧矿山与深部开采技术概述

1.1 智慧矿山概念与特征

智慧矿山是以现代信息技术为支撑，融合物联网、大数据、人工智能等技术，对矿山生产、安全、管理等全流程进行数字化、智能化升级的新型矿山模式。其核心特征体现在自动化、信息化与智能化三个层面：自动化方面，通过自动化采掘设备、无人驾驶运输系统，减少人工干预，提升开采效率。信息化层面，借助传感器、卫星遥感等技术实时采集矿山环境与设备数据，构建数字孪生模型。

1.2 深部开采技术内涵

深部开采通常指开采深度超过 800 米的矿产资源开发活动。随着开采深度增加，矿山面临高地应力、高岩溶水压、高温等复杂地质条件，易引发岩爆、突水、地热灾害等安全隐患。深部开采技术旨在突破 “三高” 环境制约，保障资源高效开采与人员安全。深部开采需创新开采工艺，如充填开采法既能提高资源回收率，又能控制地压活动，成为深部开采的关键技术之一。

二、智慧矿山建设关键技术与体系

2.1 智能感知技术

智能感知技术是智慧矿山建设的 “神经末梢”，通过多源数据采集实现矿山环境与设备状态的全面监测。物联网传感器在其中发挥核心作用，例如压力传感器可实时监测巷道围岩应力变化，为支护决策提供数据支持。气体传感器能精准检测井下瓦斯、一氧化碳等有害气体浓度，一旦超标立即触发报警系统。无人机巡检技术则利用搭载的高清摄像头与激光雷达，快速获取露天矿山地形地貌、边坡稳定性数据，相比人工巡检效率提升数倍。

2.2 开采与运输系统

智能开采与运输系统是智慧矿山高效生产的核心引擎。在智能开采环节，自动化采掘设备配备高精度定位与导航系统，可依据预设程序自主完成钻孔、爆破、挖掘等作业。无人驾驶运输车辆采用 5G 通信与自动驾驶技术，在井下狭窄巷道或露天矿场复杂地形中，能自动规划最优运输路线，躲避障碍物，并与装载机、破碎机等设备协同作业，提升运输效率。

2.3 智慧管理平台

智慧管理平台是智慧矿山的 “大脑中枢”，集成大数据分析、云计算与人工智能技术，实现矿山生产、安全、运营的一体化管理。大数据分析模块对智能感知系统采集的海量数据进行深度挖掘，例如通过分析设备运行参数预测故障发生概率，制定预防性维护计划，减少设备停机时间。云计算技术为平台提供强大的算力支持，确保数据处理与分析的实时性。人工智能算法应用于生产调度优化，根据矿石产量、设备状态、运输能力等因素，动态调整采掘计划与资源分配，实现生产效率最大化。

2.4 智慧矿山建设标准与规范

建立健全的标准规范是智慧矿山建设的重要基础。对于智慧矿山建设中的相关标准制定取得一定的成果，针对设备通信协议、数据格式等进行统一规范。国内正在建立智慧矿山标准体系，包括智能装备接口标准体系、数据交换标准规范、安全标准规范等。但现有的标准还未做到完全涵盖，依然存在部分标准空白、标准不兼容等问题。未来应进行国际间的合作交流，从国外获取信息，结合我国矿山的特点，健全和完善涵盖矿山规划、建设、验收、运维的智慧矿山标准，促进行业之间不同设备厂家、系统之间的互操作，不能形成信息孤岛，推动智慧矿山的规范建设。

三、深部开采关键技术及应用

3.1 深部巷道支护技术

深部巷道在地应力作用下，容易出现变形破坏，对深部巷道具有较高地应力，有效的巷道支护技术可以确保巷道的安全采掘工作。目前传统支护技术在高地应力状态下不能满足围岩的支护需求，支护新材料及支护新工艺出现了，例如锚注联合支护技术就是锚杆支护和注浆支护相结合，在巷道掘进时，用锚杆对巷道围岩进行主动加固，后向围岩进行注浆加固，一般注入的是水泥水玻璃双液浆，其作用是可以填充围岩裂隙，并增加岩体整体强度，对深部软岩巷道支护具有明显的实际应用效果。可缩性支架就是借助可压缩件在围岩变形变形下吸收能量的技术措施，也可以应用在地应力较大的膨胀性岩石地应力巷道，对深部巷道在服务年限较长的巷道围岩稳定中发挥重要的应用优势。

3.2 深部灾害防治技术

冲击地压、煤层自然发火及高温、导水离层等问题都是深部开采生产过程中的隐患与挑战，灾害的防治是确保安全生产的底线技术。为了防控冲击地压问题，微震监测和围岩应力在线监测技术相融合形成的冲击地压预警机制能够很好地实现实时监测岩石微裂缝和监测围岩应力，及早识别冲击地压危险区的提前预警功能，并有针对性地采用卸压爆破、应力转移等防冲措施进行预防及治理。针对导水岩柱裂隙问题，在巷道周围形成封闭的隔水带防止水力劈裂岩柱与工作面之间出现透水。

3.3 深部开采工艺创新

深部开采技术创新工艺以提升深部资源回采率、降低开采风险为目的。采用深部开采新技术———充填开采法，用尾砂、废石等制造的充填材料，通过回填采空区的方式实现地压控制，减少地表沉降，有效实现固体废弃物的回收利用。深部开采工艺阶段空场嗣后充填法将空场开采法与充填开采法两者的优点结合在一起，通过先利用空场法回采矿房，然后再对采空区进行充填，确保开采的效率同时保证采场的稳定。智能化开采工艺逐渐得到应用，就是利用远程控制、自动化的机械、数字孪生等技术来控制深部的开采过程，从而实现深部开采的安全性和高效性。

3.4 深部开采设备研发

深部复杂环境对开采设备的性能与可靠性提出严苛要求。深部开采设备研发聚焦大功率、高可靠性与智能化方向。大功率采掘设备如深部矿用液压凿岩台车，配备大扭矩凿岩机与高效推进系统，可在硬岩中快速成孔；深部专用提升机采用高强度钢丝绳与智能张力控制系统，确保在千米深井中安全高效提升矿石与人员。针对高温、高湿、高粉尘环境，研发密封性能优异、散热良好的设备防护结构，延长设备使用寿命。

结语

智慧矿山建设与深部开采技术的融合应用，为矿山行业注入强大发展动力，显著提升生产效率与安全水平。但当前仍受技术瓶颈、资金压力等因素制约。持续加大科研投入，强化产学研合作，完善政策支持体系，加速技术创新与成果转化，推动智慧矿山与深部开采技术迈向更高水平，助力矿山行业绿色、安全、可持续发展。

参考文献

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