贺州市国土资源局 广西贺州 542800
摘要：信息时代，我们接收信息的途径越来越多元化。智能终端的普及，加速了信息的传播，无论我们是享有信息、还是移动办公，我们的生活越来越离不开网络。信息时代的高速发展指明了各行业已向着智能化、无人化、全球化和非群体化发展的大趋势。我们的生活已步入了信息时代的快轨。同样，矿山开采作为我国重工业发展的支柱行业。也逐渐向着智能化方向迈进。本文分析了固体矿产资源智能采矿关键技术。
关键词：固体矿产资源；智能采矿；关键技术；
自动化无人工作面开采是井下或危险环境采矿的发展方向。也是保障工作面安全开采的有效途径。综合运用采矿学、自动化技术、通讯技术、计算机科学与技术等。进行自动化无人工作面开采的基础理论研究和开发新技术、新装备，更有助于推进中国采矿业向智能化发展。
1 必要性分析
矿产资源开发利用方案有以下四个方面的作用：一是为了加强矿产资源开发利用前期的管理，严格把好资源利用的源头关，使矿产资源的开发利用方案能够遵循科学、合理、有效的原则，坚持可持续发展的战略，为国民经济建设发挥出最大的效益；二是国土资源管理部门对矿山企业实施监督的重要依据；三是实施矿业权有偿授予，矿业权价款评估的重要技术经济依据；四是对矿山编制初步设计和相关设计的宏观指导作用。它的基本任务是对拟开采矿山从技术、工程和经济方面进行深入细致的分析研究、多方案比较，从而对资源如何利用、怎样发挥最大效益、如何合理地建设矿山、保证资源的科学利用进行综合论证，从而为政府管理部门对矿区的资源开发利用作出科学决策提供依据。
2 固体矿产资源智能采矿关键技术
2.1 地下无人驾驶电机车运输技术
采用无人驾驶电机车控制系统后，在地下集中调度室可以完成对整个运输任务的控制。在整个运输过程中，电机车大部分时间处于自动运行状态，弯道、限速区域以及卸载站等均自动降速的规定速度，条件满足时以最大允许速度运行，大大提高了电机车的安全性和运输效率。在电机车装矿阶段，控制人员在地下集中调度室通过视频辅助远程遥控完成装矿操作，取消了现场操作人员。根据矿山总体生产需求，地下集中控制室功能也完全可以通过网络技术移至到地表集中调度室完成，从而节省上下井换班时间对生产的影响。增加有效生产时间。无人驾驶电机车控制系统设有完善的保护功能：对电机车速度进行精确控制，完全可以避免超速掉轨事故；对整个运输线路进行实时监控，及时把区段占用情况发送到各个电机车控制系统。避免追尾严重事故发生；对重要保护均具备冗余保护功能，可以确保电机车运输的安全性。无人驾驶电机车运输时完全受控于计算机系统控制不需要电机车驾驶员；驾驶员的各种运行状态均可以实时在调度室显示；在调度室可以随时对电机车进行人工控制；通过视频辅助在调度室可以完成装矿操作；在卸矿站通过机械装置实现自动卸矿；运输环节完全取消的现场操作工。从本质上解决了运输环节人员的安全问题。
2.2 地质导向钻井技术
地质导向钻井技术是随着水平井钻井技术、地质评价仪器、地质导向工具发展和地质评价的需要而逐步发展起来的。到20世纪90年代初期，能满足当时各种不同需要的随钻地质评价仪器和地质导向工具相继出现，标志着地质导向钻井技术已经基本成熟。一是地质导向技术。随着基于随钻测量MWD和随钻测井LWD技术的地质导向技术的不断革新，新的算法以及新的软件被应用于地质导向技术，使得现在的井下测量更加精准与有效。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆俄罗斯科学家提出并完善了全新的LWD算法。新算法将地质导向的先导信息通过两个步骤实现：第一步是产生合成的电磁信号来测量其对于模型参数的敏锐性；第二步是反演场地信息来产生地层的电阻系数以及厚度并检验反演信息的质量与可靠性。新算法的实现避免了新仪器的制造与使用，仅仅改变了反演已经获得的信号的算法，因而具有十分良好的应用前景。伴随着井下新技术和仪器对于岩层电阻率的探测更加准确，随钻测井技术得以更有效地应用于地质导向钻井中。在算法的革新之后，配套的软件设备也已经得到开发，使得录井也不再需要手动录人。现代化的LWD技术以及录井技术的完善使得我们在钻进时顺利找到目标层，自动录入地层数据并为后续完井和自动化开采提供了技术保证。二是钻井设计。定向钻进技术在大位移定向井、水平井及特殊工艺井中获得广泛应用，已经成为现代钻井技术的核心技术之一。根据3D地质建模所建立的模型，结合地震、地质、测井等多学科数据完成轨迹优化。利用3D地质建模模型，结合地层、地质构造、岩体性质等相关信息，设计合理的钻具、钻柱组合；结合钻孔轨迹设计情况，设计合理的井段和套管间隔，确保其合理性；利用已设计的钻具组合，计算并确定其屈曲问题；观察分析屈曲问题，并相应调整钻具组合，更新钻具组合后，重新计算屈曲问题，从而去改善或消除屈曲问题；校对已设计的套管组合，确认其可以下到井底；校对钻井设计方案，对不合理部分进行相应调整，直至完成钻井方案整体设计。
2.3 矿浆自动返排技术
在水力钻采过程中，高速气流形成负压，产生卷吸效应，钻井液在卷吸作用下沿着双壁钻杆上返。当钻井液上返速度到达一定值时，孔底矿渣即可被带出孔外。三相流的相互作用非常复杂，可以通过FLUENT软件模拟气液两相流，得出液体上返速度，从而得知钻井液携带矿渣上返的能力。大口径气举反循环为我们完善基于GGD的自动采选矿技术提供了新的思路。气体反循环技术的原理是，在内外管之间的环空中通入压缩空气，压缩空气在井底通过混合器混合释放，在井底形成无数的小气泡，小气泡进入钻进液中迅速膨胀，以推动液体迅速向上流动从而带出所需要的矿浆。我们通过建立数学模型，研究得出了气举反循环的压力差、风压、混合器沉没深度的关系，使得我们能够更加精准得提高反循环清孔效率。钻井液在负压卷吸的作用下，沿着钻杆上返。在空气出口处，钻井液与空气混合后，整个混合流体速度变大，最大值达到48ms。钻井液在钻杆中上返平均速度约为6ms，这已经超过了钻井液携带矿渣速度的临界值。流体从钻孔经过钻杆上返至孔外。由于钻孔截面积大，速度相对小，进入钻杆后，截面积小，因而速度提高。数值模拟的结果基本反映了气举提升过程中的流场情况，可以为设计提供参考。
3 发展大方向
“智能采矿"是矿业发展大方向数字化、信息化、无人化、智能化及绿色开采是目前普遍矿山发展的几种方向。其中。无人化与智能化的“智能采矿”方式是矿山发展的必然趋势。在建设过程中。需要考虑安全、绿色、效率、经济等多方面的因素。所谓智能采矿是指在矿石开采过程中。以开采掘装备智能化、生产过程遥控化、信息传输网络化和经营管理信息化为特质，以实现安全、高效、经济、环保为目标的采矿工艺过程。实现智能采矿后。采矿作业的操作人员可由井下搬迁至室内。通过远程遥控完成生产作业，不仅大量减少下井工人，最大程度地解决矿山生产安全问题。同时容易实现大规模开采，大幅提高劳动生产率，降低成本，提升企业的竞争力。同时，智能采矿还有助于技术队伍的知识化，提高工人的技术素质，改善队伍结构和工资待遇。目前，国内矿山开采相对比较落后，特别是井下矿的开采，主要表现在使用人员较多。要真正实现“智能采矿”，需要矿业发展过程中各个环节的紧密衔接。如矿山机械的智能化、控制系统的数字化、人员配备的高素质化等等。设备可靠性提高。电机车配备控制设备采用全封闭结构。由于灰尘引起的故障几乎杜绝；交流电动机比直流电动机维护显著降低；无人驾驶控制系统仅沿巷道敷设光缆和安装通讯中继，不在轨道上安装设备，整个控制系统可靠性高，维护量少；有效减少了维护人员。辅助设施实现无人职守。牵引变电所可以纳入无人驾驶控制系统，实现无人职守；更主要的是可以通过远程操作，可以快速查找牵引网络的故障点。为实现全矿整体信息化打下基础。生产实现计算机控制，自动记录全部生产数据，可以直接进入矿信息系统。因此，在采矿方法发生革命性改变之前。由“智能采矿”概念牵头，采矿机械、井下通讯、设备自动化控制、远程遥控生产、计算机控制系统等非采矿专业辅助设施可以做出更多的努力以配合采矿各环节的需求，我国矿业才能得到真正意义上的跨越式发展。
结束语：固体矿产资源的智能钻采掘技术思路的提出，为相关的从业企业提供了新的钻探设备设计与制造思路，是钻探行业在工业时代向着智能化标准化效率化的迈进。智能钻采掘技术的出现为逐渐衰老的矿产行业注入了新的生命力，为未来矿产行业的发展指明了方向。
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论文作者:陆涛
论文发表刊物:《防护工程》2018年第7期
论文发表时间:2018/8/31
标签：技术论文; 地质论文; 电机论文; 智能论文; 调度室论文; 矿产资源论文; 导向论文; 《防护工程》2018年第7期论文;