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绿色矿山:聚焦矿业采选领域发展新趋势

“十四五”规划纲要提出,加快发展方式绿色转型,全面提高资源利用效率,提高矿产资源开发保护水平,发展绿色矿业,建设绿色矿山。

绿色矿山

  “十四五”规划纲要提出,加快发展方式绿色转型,全面提高资源利用效率,提高矿产资源开发保护水平,发展绿色矿业,建设绿色矿山。前不久在山东省济南市召开的中国国际一流绿色智能矿山建设高峰论坛上,中国工程院院士孙传尧、蔡美峰、桂卫华、武强、王国法,中国科学院院士何满潮等多位专家学者,围绕矿业绿色开发、无人采矿、复杂资源综合利用等主题展开交流研讨,探索新时代矿业高质量发展途径,并向人们展示了矿业采选领域的新趋向、新探索。

  变革传统采矿工艺,探索无人化、少人化采矿

  专家们认为,“十四五”规划和2035年远景目标纲要为矿产资源行业未来及更长时期的发展指明了方向。矿业作为实体经济的重要组成部分,需要按照要求推进绿色转型,全面提高资源利用效率。作为传统产业,矿业要探索推动产业高端化、智能化,加快与互联网、大数据、人工智能等技术的深度融合。同时,矿产资源作为经济社会发展的重要物质基础,要提高开发保护水平,加强战略性矿产资源安全保障。

  采矿专家、中国工程院院士蔡美峰指出,金属矿产资源对国民经济发展和社会物质文明进步有举足轻重的作用,我国金属矿产资源不但储量不足,且贫矿、小矿多,必须全面实施绿色有序开采模式,对传统采矿工艺予以变革。

  蔡美峰认为,智能化无人采矿可最大限度提高劳动生产率、保证开采安全,是促进我国矿产资源可持续开发的重要保证。21世纪以来,国内采矿界在加速智能化采矿技术研究与推广应用方面做了大量工作,缩小了与国外的差距。目前,国内外仍处于建设无人矿山的初级阶段,此阶段的核心技术仍然是传统采矿工艺和生产组织管理的自动化与智能化控制。

  对此,一些企业进行了实践和探索。例如,山东黄金集团有限公司近年来把绿色智能作为改革发展突破口,坚持走生态矿山发展之路,实现了传统矿业向现代绿色智能矿业的转型升级。

  山东黄金开展了“国际一流示范矿山”建设,以三山岛金矿为试点,打造全球智能矿山新标杆,实现了智慧开凿、井下无人驾驶等技术的多场景应用。

  应用场景一:井下5G+凿岩台车。凿岩台车在三山岛金矿井下56米,操作员远程就可操作。“让人员脱离作业现场,对保护矿工安全、身心健康发挥了很好的作用。”三山岛金矿有关负责人说。

  应用场景二:碎石远程操控。井下15台碎石机在地表操控中心操作。三山岛金矿有关负责人介绍:“原来井下岗位用工53人,现在地表操控中心用工10人,就可操控所有井下设备,工人脱离了粉尘、碎石可能造成的伤害。”

  应用场景三:井下无人驾驶。目前,三山岛金矿在装矿环节还需要人简单介入,通常的作业车全部实现无人驾驶。据介绍,井下无人驾驶使整体运输效率提升了25%,用工由85人降到25人。无人驾驶在减少人工成本的同时提高了效率,为企业带来实效。

  应用场景四:地表管控中心。对所有固定设施包括供配电、排水、通风压风等进行管控,全部实现无人值守,在实现自动化控制的同时还实现了节能降耗。

  应用场景五:自动化充填系统。“在充填站按下一键,整个充填设备按照设定程序开启,过程智能控制,根据配比,实时监测浓度,实现智能充填。充填浓度由过去63%提高到67%,充填强度、质量大大提高。”三山岛金矿有关负责人说。

  发展高效智能装备提高自动化选矿水平

  选矿是矿产品生产过程中将有用矿物无用矿物选别分开的重要环节,金属矿产资源选矿领域在实践层面有哪些值得关注的新趋势?

  许多专家认为,一个明显的趋势是,依靠技术的快速进步,选矿自动化水平正在显著提高。

  乌山铜钼矿就是一个很好的实例。

  乌山铜钼矿是我国在产第四大铜钼矿,目前日采选能力为8.5万吨。乌山铜钼矿建立了全流程全过程选矿自动化系统,使选矿实现了每个封闭环节独立地闭环控制,也促进了资源利用效率的提升。

  据有关人士介绍,选矿自动化系统包括旋回破碎、磨矿分级、浮选系统等。“在选矿自动化系统中,旋回破碎系统实现了无人值守,一方面最大程度上减少了工人在高粉尘环境下工作,提高了设备运转率;另一方面,旋回破碎系统使破碎的矿块块度更加均匀,使吨矿电耗由14.38度降为13.65度,每年节约电费300万元。磨矿分级系统,重点利用大数据分析最优化的给矿量。而给矿量的稳定则使选矿流程平稳运行,磨矿能力提高,磨矿不再靠人工控制。浮选系统中使用了自动化的矿浆泡沫分析仪、在线品位监测仪等。整个浮选系统保证了料流和生产指标的稳定。”矿山设计专家、长春黄金设计院副院长张永贵评价说。

  据悉,选矿自动化系统使铜的回收率提高了1.8%,并创造了可观的经济效益。“而选矿自动化系统之所以发挥作用,是由于前端的采矿保证系统,主要包括矿山信息化系统之源——地质模型以及配矿系统、财务模型等,这里集成了地质模型、采矿软件、GIS系统等若干成熟软件。非常重要的是,采矿保证系统使矿山从采场得以稳定地供矿,为提高选矿回收率创造了条件。”张永贵说。

  另一个典型实例是三山岛金矿选矿厂智能化改造。

  据介绍,三山岛金矿对选矿厂进行智能化改造包括两部分,一是智能操作,90%以上可智能操控;二是数字孪生,对主要选矿设备进行建模优化,目前已取得较好效果。“整个金矿选矿回收率提高0.4%,尾矿品位下降了11%。”该矿有关负责人说。

  选矿专家、中南大学教授孙伟认为,到目前为止,国内外选矿的智能化、自动化相对而言一直较困难。原因在于,采矿是一个干式过程,没有强烈的化学变化,相对稳定;而选矿特别是有色金属选矿较复杂,是表面化学反应过程,其影响因素较多,很难有一个稳定的控制。

  选矿领域另一个发展趋势是,智能化装备成为行业科技发展的制高点。

  据工信部有关专家介绍,从国际上看,近年来发达国家矿产资源开发利用的智能化水平不断提高,涌现出大量高效、安全、低成本的智能化装备,已成为行业科技发展的制高点。“我们需要大力推动科技创新,加快提升矿产资源开发智能化水平。”该专家说。

  选矿专家、北矿科技股份有限公司总工程师沈政昌认为,近年国内选矿技术及装备新发展趋势是,选矿技术向多学科、多领域交叉发展;装备向大型化、高效、节能方向发展;机电一体化设备的控制技术、数字化、智能化水平不断提高;设备的开发与工艺紧密结合。

  加强科技创新,攻克更多绿色开发核心技

  新发展格局下,矿产资源行业高质量发展的号角已经吹响。一些矿业企业已经用自身的发展,见证了绿色开发技术为矿业发展带来的新变化。

  据介绍,山东黄金集团近年来已建成国内黄金产业界首个无尾无废矿山。该集团党委书记、董事长陈玉民表示,绿色、智能是新时代矿山企业发展的“主旋律”。目前,该企业已成为山东省首个绿色矿业集团。为实现跻身“世界前五”的发展目标,“十四五”期间,山东黄金集团将投资50亿元用于科技研发。

  北京矿冶科技集团有限公司党委书记、董事长韩龙认为,未来我国矿产资源行业需要加快推进质量变革、效率变革、动力变革。而绿色化和智能化正是实现矿产资源可持续开发利用,实现矿业企业转型升级、高质量发展的必由之路。

  那么,矿业的绿色开发需要关注些什么?

  中国工程院院士武强指出,智能化是解决问题的一个手段,要从地质勘查、建井、开采、选洗、闭坑等矿山全生命周期,全面考虑绿色矿山的建设,加大科技创新,夯实基础,提高水平。

  有关专家认为,未来绿色矿山建设的任务还很艰巨,要大力发展以智能化、无人化、绿色环保为特征的矿山新技术、新工艺,持续开展绿色药剂研发、回水循环利用、尾矿充填及资源化利用等,将生态环境保护贯穿矿产资源开发的全过程。

  长沙矿山研究院有限公司首席专家周爱民介绍,绿色开采需要的技术除了安全高效开采、智能开采等通用共性技术外,还需要4个方面的核心技术:规模化低废采矿技术、矿山固废充填技术、尾矿废石资源化高质利用技术、尾矿废石无害化生态化处置技术。以矿山固废充填技术进展为例,固废充填离不开全尾砂充填,2014年以来,工业化、规模化的充填系统在我国已有上百套,废石胶结充填已有少量的局部利用,但还没有大量规模化地利用。要真正大量利用,还需要井下形成一个循环系统整体考虑。


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