智能化在矿山开采中的应用：挑战与机遇

一、引言

矿山开采作为能源与矿产资源供应的核心产业，长期受限于人工主导的作业模式，在深井、高瓦斯、复杂地质等场景中，不仅作业效率难以提升，还面临顶板垮塌、瓦斯突出等安全隐患。研究智能化在矿山开采中的应用及面临的挑战与机遇，有助于明确智能化转型的方向与路径，推动技术与产业深度融合，提升矿山开采的安全性、效率性与可持续性，对矿山行业适应绿色发展与数字化转型要求具有重要意义。

二、智能化在矿山开采中的应用场景

2.1 地质勘探与开采设计

在地质勘探环节，智能化技术实现了矿产资源的精准探测。无人机搭载高清相机与三维激光扫描仪，可快速获取矿山地表地形、植被分布数据，构建地表三维模型；地下智能勘探机器人配备地质雷达、红外传感器，能深入危险区域采集岩层结构、矿产储量、瓦斯浓度等信息，替代人工完成高危探测任务。采集的勘探数据经智能分析软件处理，可生成高精度矿产资源分布图与地质模型。在开采设计阶段，数字孪生技术构建矿山虚拟场景，模拟不同开采方案的资源回收率、设备损耗及安全风险，优化开采路径、巷道布局与设备配置，避免传统设计依赖经验导致的方案偏差，为后续开采作业提供科学指导。

2.2 开采作业环节

智能化技术推动开采作业向 “无人化”“少人化” 转型。露天矿山中，无人采矿车通过卫星定位与路径规划算法，自主完成矿石装载、运输任务，无需人工驾驶；智能破碎机与筛分设备可根据矿石硬度自动调整运行参数，提升破碎效率与成品矿质量，减少人工干预。地下矿山的智能综采工作面是核心应用场景。采煤机搭载红外识别与压力传感器，能自动识别煤层厚度与顶板压力，实时调整截割高度与速度，避免截割顶板或底板造成的设备损耗与资源浪费；刮板输送机与液压支架通过数据联动，根据采煤机位置自动调整推进速度与支护强度，实现 “采煤 - 支护 - 运输” 协同作业，提升开采效率与安全性。

2.3 资源与环境管理

在资源管理领域，智能化技术提升了资源利用效率。智能计量系统精准统计矿石产量与品位，结合地质模型分析资源消耗情况，指导开采作业优先开采高品位矿石，同时跟踪贫矿利用情况，通过选矿智能化技术提升贫矿回收率，减少资源浪费。环境管理方面，智能废水处理系统通过传感器监测废水水质，自动调整处理药剂用量，确保废水达标排放或循环利用；智能除尘设备根据粉尘浓度自动启停，减少井下与厂区粉尘污染；露天矿山的智能复垦系统根据土壤墒情与植被生长状态，自动调整灌溉与施肥方案，加速矿山生态修复，推动矿山开采与生态保护协同发展。

三、智能化在矿山开采应用中的挑战

3.1 技术层面的挑战

复杂矿山环境制约技术适配性。地下矿山高湿度、高粉尘、强电磁干扰的环境，易导致传感器失灵、通信信号中断，影响数据采集与设备控制精度；深井矿山的高温环境会缩短电子设备寿命，增加维护成本。技术协同性不足也较为突出。智能化技术涉及物联网、人工智能、自动化等多个领域，当前各技术多独立应用，缺乏系统性整合。

3.2 管理与经济层面的挑战

管理模式难以适配智能化转型。传统矿山管理依赖经验决策，而智能化技术需要基于数据驱动的精细化管理模式，部分矿山企业管理理念滞后，缺乏完善的智能化管理制度，导致智能化设备与系统难以充分发挥作用。同时，不同部门间数据壁垒明显，如生产部门与安全部门数据不互通，无法形成全域管控合力。经济成本制约技术推广。智能化装备与系统前期投入较高，如无人采矿车、智能监测系统等设备价格昂贵，且后期维护需要持续资金支持。部分中小矿山企业利润空间有限，难以承担高额成本，更倾向于选择短期经济效益高的传统开采模式，导致智能化技术在中小矿山推广缓慢。

3.3 人才与意识层面的挑战

专业人才短缺问题突出。矿山智能化需要既懂地质开采、又掌握信息技术的复合型人才，当前高校相关专业设置与行业需求衔接不够，人才培养周期长，难以满足矿山智能化转型需求。一线作业人员对智能化装备操作不熟练，部分人员因长期依赖传统作业方式，对智能化技术存在抵触情绪，影响技术应用效果。企业智能化意识薄弱。部分矿山企业对智能化技术的认知停留在表面，未充分认识到其对提升安全、效率与可持续性的长期价值，仍以短期经济效益为核心，忽视智能化转型的重要性。部分企业存在 “重设备采购、轻技术应用” 的现象，购买智能化设备后未进行系统调试与人员培训，导致设备闲置或低效运行。

四、智能化在矿山开采应用中的机遇

4.1 政策支持带来的机遇

国家层面高度重视矿山智能化发展，出台多项政策推动矿山行业数字化、智能化转型，明确提出建设智能化示范矿山、推广无人开采技术等目标。地方政府也纷纷出台配套政策，对开展智能化改造的矿山企业给予资金补贴、税收减免等支持，降低企业转型成本。政策红利为矿山智能化技术研发与应用提供了良好环境，推动更多企业投入智能化转型实践。

4.2 技术融合带来的机遇

多技术融合为矿山智能化提供新突破。人工智能与数字孪生技术结合，可构建动态更新的矿山虚拟模型，实时模拟开采过程中的资源变化、设备状态与安全风险，为开采决策提供更精准的支撑；5G 技术的普及提升了井下数据传输速度与稳定性，保障智能设备在复杂环境下的实时通信；边缘计算技术在矿山现场部署，实现数据本地化快速处理，减少数据传输延迟，提升设备响应效率。跨行业技术借鉴也为矿山智能化注入新活力。新能源技术与矿山装备结合，开发电动智能采矿车、光伏供电的监测设备，推动矿山绿色低碳开采；机器人技术在矿山的创新应用。

4.3 市场需求与行业转型机遇

绿色发展需求推动矿山智能化升级。随着 “双碳” 目标推进，矿山行业面临节能减排、生态保护的严峻挑战，智能化技术可通过精准开采、优化能耗、减少污染，助力矿山实现低碳发展。下游行业对 “绿色矿产” 的需求增加，采用智能化技术的矿山可提升产品竞争力，获得更多市场份额。行业整合与升级加速智能化进程。当前矿山行业正朝着规模化、集约化方向发展，大型矿山企业通过兼并重组扩大规模，有能力投入更多资源开展智能化改造。

结论

智能化技术在矿山开采的勘探设计、作业实施、安全管理、资源环境管控等环节展现出显著优势，为解决传统开采痛点提供了有效路径，但也面临技术适配性不足、管理模式滞后、人才短缺等挑战。未来，矿山企业需主动转变发展理念，加大智能化技术研发与投入，完善管理机制与人才培养体系；政府与行业组织应进一步强化政策引导与标准建设，推动技术协同与资源共享。通过多方协同发力，矿山开采智能化转型将逐步突破瓶颈，实现从 “技术应用” 向 “模式创新” 的跨越，推动矿山行业迈入安全、高效、绿色的高质量发展新阶段。

参考文献：

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