智慧时代， 让矿山更智能

　　——首钢矿业公司推进智能矿山建设纪实

　　◎  刘兴强 张耀军 张艳兵

　　在全国工人先锋号、全国机械冶金建材行业示范性创新工作室——首钢集团有限公司矿业公司（以下简称“首钢矿业”）马著创新工作室的控制显示屏上，露采、地采、选矿、球团、烧结、建材、运输等各个生产流程的实时画面尽收眼底，以ERP为核心的生产、物资、财务、能源、设备、计量、检验等几十个信息管理系统正在为生产决策提供数以万计的实时数据……经过多年的努力，首钢矿业的智能矿山架构逐步形成。

　　多年来，首钢矿业始终坚持走自主创新之路，坚定不移地建设“国内领先、国际一流”的智能化矿山，成就了一批“叫得响、数得着”的硬科技，引领、推动了行业技术进步，为打造民族品牌、首钢品牌做出了贡献。首钢矿业先后获评“全国企业信息化建设典型示范单位”“中国矿业十佳企业”“中国最具创新力企业”“全国企业文化建设示范基地”“国有重点企业管理标杆创建行动标杆企业”等荣誉。

智能调车系统示意图

　　超前谋划，一张图“智”引未来

　　首钢矿业作为国内智能矿山建设的领跑者和推动者，探索数字化、智能化技术已近20年，主要历经两大阶段。

　　第一阶段是打造国内领先的数字矿山。2005年，国内矿山行业率先投入ERP，自主研发MES系统，构建“四级四块”数字矿山体系，提升数字的生产力属性。首钢矿业数字矿山建设成果，先后获评国家科技进步二等奖、中钢协管理创新一等奖、中矿协科技进步一等奖，为智能矿山建设奠定了坚实的基础。

　　第二阶段是建设智能矿山。随着国家政策的导向，科学技术的不断进步，建设智能矿山是矿山行业发展的必然趋势。企业高质量发展的核心标志是低成本、可持续，劳动密集型的矿山企业，人工成本在整个生产成本中占比逐年提高，以“无人化”为主线建设智能矿山，是企业实现高质量发展的根本途径。随着多个地采矿山的建设及综合利用产业的发展，首钢矿业面临着第三次大发展的战略机遇。通过建设智能矿山，及时释放现有产线的人力资源，最大限度减少新产线的人员配置，是提高能效的必然。2019年，首钢矿业以无人化为主线，全面启动智能矿山建设。

　　经过两年来的探索与实践，首钢矿业确定了“现场无人化、操控集约化、管理智慧化”的智能矿山建设总目标；确立了搭建“智能采矿、智能选矿、智能运输、智慧管理”四大平台，作为推进智能矿山建设的实践途径；建立了矿业公司智能矿山建设企业标准，为智能矿山建设提供了基准；制定《智能矿山建设管理制度》，明确建设目标、建设原则、职责分工、建设标准、考评管理，建立智能矿山建设职责体系，规范智能矿山建设；编制智能矿山建设“十四五”规划及三年行动方案，为中远期智能矿山建设提供指导；对标智能矿山建设标准，梳理现状，每年形成智能矿山建设专项方案，确定具体项目并组织实施。

首矿杏山铁矿地面生产指挥中心

　　智能采矿，实现无人、少人操控

　　井下电机车，从“无人驾驶”到“自主运行”。“无人矿山”是智能矿山发展的最高阶段，首钢矿业依托自主建设的第一座露天转地下开采矿山——杏山铁矿，以“移动单体设备无人驾驶，流程设备现场无人操作，公辅系统自主运行，全产线集中操控”为目标，不断推进地采智能无人化进程。

　　在杏山铁矿地面生产指挥中心，首钢矿业自主研发的“电机车无人驾驶”系统指挥着井下-330米水平电机车，按智能配矿规则自主选择溜井，自动对位、自动装矿、自主控速、自动卸矿，实现全自主运行、无人操控。

　　“让操作岗位由井下狭小的电机车操作室转移到地面宽敞明亮的主控室，坐在操作台前喝着咖啡监控井下电机车自动运行的梦想如今变成了现实。”全国百姓学习之星、全国机械冶金建材行业工匠、北京市劳动模范、首钢矿业自动化专业主任师马著欣喜地说。

　　早在杏山铁矿建立之初，首钢矿业就瞄准建成“国内最先进地采矿山”目标，自主探索智能矿山建设新路，研发“十大自动化控制系统”和“六大安全系统”。率先在-180米水平电机车上实现了地面远程遥控，最大限度减少井下作业人员，成为国内首例，填补了国内技术空白。近期，还研发了副井电梯式自助运行系统，取消了各断面操作人员，实现了乘梯人员自主操作、集控中心集中监控。自主实施的1400E铲运机、1354台车地面操控改造，已完成功能调试，正在现场测试，“无人驾驶家族”将增加新成员。

　　随着智能矿山建设持续推进，杏山铁矿职工总数较投产初期精简200多人。杏山铁矿被国家评为“机械化换人、自动化减人”全国示范矿山、“国家地下金属矿山数字化建设示范工程”。“露天转地下高效转型建设大型数字化地下金属矿山的研究与实践”成果，获国家科技进步二等奖。

　　露采智能调车，从“人管”变为“智管”。早在2002年，首钢矿业就与清华大学、北京科技大学和航天部共同研究开发第一代GPS智能调车系统。2004年，在水厂铁矿投入使用。以全球卫星定位技术、无线网络、调度模型算法等技术手段，实现对采场矿车、电铲、牙轮钻机等生产设备的位置及工作状态实时监控、自动调度，实现了矿山生产的可视化、数字化、智能化、实时化管理，生产效率大幅提升。

　　“经过多年来的改进升级，我们研发的第五代智能终端不仅在体积上缩减了好几倍，还拓展了防碰撞、油耗检测、疲劳预警等功能，已服务于国内外近30个矿山，是行业内叫得响、用得住的拳头产品。” 研发团队成员自豪地说。

　　智能选矿，实现流程自主调控

　　首钢矿业相关部门负责人介绍：“智能选矿的目标就是要实现‘现场无人操控、一键经济启停、流程自主调控’，系统规划，分步实施，搭建智能选矿平台，打造‘无人工厂’。”

　　通过控制系统改造，实现了现场无人操控。水厂铁矿实现了皮带机、泵站、变配电室、破碎站、装车仓无人值守，选矿新厂磨选一键启动、火车自动装车，取消了现场岗位。

　　搭建裴庄、二马建材产线一张图操控系统，实现了一个产线一个集控中心集中控制。在取消现场操作的同时，实现按中间仓料位分段自主经济启停，减少人为调控，集成破碎机、除尘器、制砂楼等成套控制系统，避免设置分散控制室，最大限度压减集控人员。

　　研究控制模型，实现了流程自主调控。大石河水源智能经济供水，实现全智能自主运行，取消人工操作；设置峰谷平启停泵水位，实现深井泵按电网时段智能经济运行，降低电价；按末端压力恒压供水，避免浪费出口压力，降低吨水电耗。二马、裴庄建材产线破碎机稳定给矿控制，有效减轻了集控岗位的劳动强度，破碎机台效提升约17%，避免衬板偏磨，衬板寿命提高15.6%，用电单耗降低15.4%。

　　实施智能联控，提升防风险能力。大石河磁尾装车工控系统与智能计量联控，释放现场放料岗位，实现“非客户车辆不能计量——未经过皮计量不能放料——超设定装载量停止放料——未完成计重，系统预警、不可出厂——完成计重关闭放料功能、防止计重后添加”的全销售流程智能管控；搭建门卫管理系统，杏山、二马、水厂、大石河多个门卫纳入系统管控，并与智能计量系统联控，实现非注册车辆进出场预警、客户车辆未计量或未完成计量不得出场、无货车辆出场预警等多项预警及物料品种核实、追溯功能，防风险能力全面提升。汽车仓自助装车，与智能计量系统联控，规避了错装、冒领及不计量风险。

　　“这些技术手段的落地，织密了廉政风险的防护网，进一步提升了科技防范水平”，首钢矿业纪检监察部门人员如是说。

　　智能运输，实现一张图可视化调度

　　搭建调度一张图调度系统，让运输更高效。2019年以来，首钢矿业抢抓国家“公转铁”政策契机，积极推进铁路运输物流新产业发展。“十三五”以来，运输部迁安地区运输总量增幅达80%。为迅速解决人、车、线路有限与快速增长的运量匹配，首钢矿业建设了运输一张图调度系统。

　　一是搭建可视化、一体化、实时调度平台。在一张全景地图内，实时掌控所有机车的位置、运行状态、任务、所挂车辆、物料以及站场、道岔、信号、道口等信息。二是实现单乘制。通过搭建机车安控系统，实现运行环境监控无死角，控速提示，接近道口、信号、前方车辆预警，司乘人员由两人减至一人。三是调度指令直达机车。系统内下达调度指令后，可直接在机车界面直观显示，为一级调度创造条件。四是初步形成运营分析能力，可实时掌握铁路运输系统运营成本、能源消耗、设备状况、运量运行里程、进出矿及在矿车辆等情况，为提升经济运行水平提供支撑。

　　实施附属运输系统改造，让操控更集中。实施道口远程集控改造，减少8处有人看管道口；卸车环节，实施翻车机集控改造，实现多台翻车机一人操控；装车环节，通过装车精度管控系统与现场工控系统联控，实现自动识别车号、下载应装车量、自动对车、定量装车。

　　实施GK1内燃机车遥控改造，让员工更安全。通过无线遥控改造，实现乘务员在安全位置操作机车，远离出铁口、铁水翻卸区、鱼雷罐体等高温、高危区域，实现本质安全。

　　运输一张图的搭建，提高了运输组织效率，为智能运输奠定了基础。

　　智慧管理，实现智能管控

　　作为国内最早上线ERP系统的矿山企业，首钢矿业致力于用信息化推进企业智慧管理进程，实现管理精细化、控制智能化、决策支持数据化。

　　“本次注油300升，相关信息请您核实。”矿车在采场完成加油后，只需司机在手持机上确认本次注油数据，注油信息就可以通过阿里云自动上传到首钢矿业燃油管控系统数据库。首钢矿业自主研发的“燃油数据采集”APP，实现了燃油消耗管控到机台、数据自动采集不落地，数据统计分析由纸质台账转变为数据实时采集，为全能源管控提供精准的数据支撑。

　　这是首钢矿业秉承“应用、完善、成效、创新”八字方针，不断探索信息化管理的一个缩影。目前，首钢矿业已建设私有云平台，自主开发30多种信息化产品。这些信息化技术，正以加速度变革着首钢矿业的管理方式。

　　横向，逐专业搭建管理平台。

　　现场“无人”管理。搭建智能计量平台，开启物资计重无人时代，客户通过APP在自己的订单下派车，汽车衡自动识别车号，判断为客户车辆自动计重，实现了全过程无人干预的智能计量。系统集成购销订单，确保无订单、订单量不足不可收发货；集成装卸车系统，确保未计量不可装卸车；集成门卫系统，确保未完成计量不可出厂；计量流程自动提示、计量结果自动归集、计量异常自动预警，为各方提供便利，大幅减少计量人员，提高工作效率70%。

　　设备“终身”管理。首钢矿业开发物资终身管理等系统，实现物资ERP系统出库后，装机时间、装机点位、下机时间、交旧的全过程管控及寿命跟踪。设备健康管理系统，实现了设备运行参数、状态信息的监控、处理、分析、诊断和预测，“实名终身”和“健康档案”，相当于给每台设备都配备了一个“保健医”，一旦出现指标异常，第一时间可进行预警，实现预知维修，确保设备长周期稳定运行。

　　用能“经济”管理。开发全能源管控系统，使水电油结算实现模块化、可拓展、日结算。通过经济用能分析，让每一滴水、每一度电的使用都可追溯，提升管控效能。“十三五”以来，首钢矿业用能成本降低43.86%。

　　采购“一体化”管理。搭建一体化采购供应管理平台。将管控范围扩大至马城矿业、唐首马矿、化工公司、兴矿实业、首钢矿业建材、首钢矿业建等法人单位，强化集团化管控，构建内部组织流程一体化、管理工作一体化、外部合作一体化的物资采购供应管理体系，实现管理流程从需求计划、供应商、采购组织、合同管理、物资出入库、废旧回收全线贯通，形成集中采购、分权制衡、终身管理的一体化采购供应体系，支撑共享采购渠道、共建采购标准、共赢采购效益。

　　目前，首钢矿业已搭建生产、设备、技术、安全、能源等专业平台，形成了横向到专业的信息化管理信息网，实现了业务系统内处置、智能预警、辅助决策，强化系统间集成，实现数据源唯一、信息共享、系统间互联。

　　纵向，逐产线搭建实时监控分析系统。

　　首钢矿业深度融合产线自动化系统及专业管理平台，逐产线搭建网络版实时监控及分析系统，实时掌控各产线运行状态，以及产量、设备、质量、消耗、销售、成本等情况，开发实时分析与预警，形成纵向到产线、横向到专业的智能监控、分析能力，提升对产线的可视化、一体化、现场化管控能力，为搭建产线集中管控平台奠定基础。

　　共享技术成果，共创智能时代

　　首钢矿业在不断探索建设智能矿山的同时，注重将成熟的技术产品化，服务于矿山行业，助力行业智能化水平提升。井下电机车无人驾驶技术产品，在云南普朗铜矿、紫金矿业等21个矿山得到成功应用，其中5G+电机车无人驾驶技术落地金川龙首钢矿业，成为全球首例；智能调车系统在赞比亚卢安夏铜矿、海螺集团等国内外29个矿山落地生根；MES、智能计量等信息化系统服务于中色非矿、西部锌业等30余家矿山企业。首钢矿业智能矿山建设的理念、方式、方法得到行业认可，先后为西部矿业、华夏建龙等公司提供智能矿山建设整体咨询服务。2020年以来，累计签订对外合同80余个，“首矿速力”的品牌影响力在行业内不断提升。

　　智能矿山，未来已来

　　近3年来，首钢矿业累计实施智能矿山建设项目超过100个，合计释放现场岗位300余人，新建项目以现场无人化为目标，通过工艺配置管控、智能化项目实施，有效降低人力资源配置。智能矿山建设有效缓解了矿业公司人力资源缺口压力，同时，生产效率提升、成本降低，经济效益显著。

　　智能矿山，未来已来。首钢矿业将继续“传承敢闯、敢坚持、敢于苦干硬干，发扬敢担当、敢创新、敢为天下先”的首钢精神，融入新一轮矿山行业科技革命，着力打造“现场无人化、操控集约化、管理智慧化”的智能矿山，用“智慧”之钥打开高质量发展之门，与更多的同行共享技术成果，共创中国矿山的智能时代。