千山湾矿业实验室：以智能创新点亮矿山未来

近日，千山湾矿业(kuàngyè)实验室助力鞍钢集团矿业公司齐大山铁矿开发出国内首个露天矿(lùtiānkuàng)智能开采生产(shēngchǎn)平台，建成了(le)亚洲规模最大、智能化水平最高的露天铁矿示范基地，随着技术的成熟，矿山智能开采生产完成了从实验室验证到场景落地的关键转变。 近年来，我国矿业企业在推进设备大型化与自动化升级方面取得显著成效，然而在响应国家降本增效政策要求、提高生产(shēngchǎn)系统协同运作能力以及提升管理(guǎnlǐ)效能(xiàonéng)等方面仍存在诸多挑战。在此(cǐ)背景下，矿山生产领域迫切需要(pòqièxūyào)引入创新理念，开发先进技术与智能化装备，以此驱动产业向生态化、高效化、智能化方向转型升级。 鞍山矿产资源丰富，在矿业技术和矿业产业领域底蕴厚重，鞍山市和鞍钢集团聚焦打造国家级综合性钢铁产业基地的战略目标，全力推进绿色矿山、智慧矿山建设。此时(cǐshí)，地方高校(gāoxiào)“因势而为”的科研智力支持也(yě)不可或缺。“转型，意味着从低附加值到高附加值，意味着改变(gǎibiàn)粗放、走向集约，作为以冶金特色‘起家’的高校，辽宁科技大学将目光看向冶金产业上游，紧跟政策导向，同(tóng)政企(zhèngqǐ)携手发力、同向同行，努力为全省高水平科技自立自强贡献力量。”千山湾(wān)矿业实验室主任、辽科大校长胡军(hújūn)说。 去年7月，千山(qiānshān)湾矿业实验室(shíyànshì)在我校正式挂牌运行。该实验室由鞍山市委、市政府依托中国工程院邵安林院士团队、北京科技大学、辽宁科技大学，以及(yǐjí)鞍钢集团矿业有限公司等知名企业签约共建，聚焦矿业领域重大(zhòngdà)科学问题和前沿技术，围绕国家、省重大战略(zhànlüè)需求和鞍山产业发展需要，重点开展战略性、前瞻性、基础性、综合性(zōnghéxìng)科技创新活动。 面对科研创新(chuàngxīn)(chuàngxīn)的迫切需求，实验室建设首先要(yào)解决的“第一要务”便是人，基于学校(xuéxiào)2023年成立的智慧矿山研究院的科研班底，胡军意在让这支团队既充满创新活力，又敢啃硬骨头(yìnggútou)，于是，他多次往返北京、沈阳等地，在与北科大谋划实验室建设的同时，也向(xiàng)智慧矿山研究院客座教授柳小波，以及北科大、东大等矿业领域的青年才俊抛出橄榄枝。 “胡校长的诚挚、辽科大的底蕴，以及矿业发展的美好愿景造就(zàojiù)了今天。”千山湾矿业实验室执行主任、辽科大智慧矿山研究院院长柳小波说。去年(qùnián)，柳小波决定离京，北上鞍山，躬身于实验室的科技研发与业务拓展之中，并随即联合(liánhé)学校相关专业(zhuānyè)学术团队进行(jìnxíng)矿业全流程的科技攻关。 实验室(shíyànshì)运营初期，学校党委高位统筹，成立专门机构，制定(zhìdìng)专项(zhuānxiàng)支持政策，整合校内外各方资源，通过专家论证，围绕实验室建设(jiànshè)方向、物理空间和基础设施建设、实验设备(shèbèi)购置、人员配备、研发经费等方面给予实际支持，为团队(tuánduì)良性运转保驾护航。目前(mùqián)，实验室整合了如自动矿物参数分析系统、大口径核磁共振成像分析仪等200余台(yútái)套设备，团队已柔性引进人才11人，近2000平方米的(de)实验场地即将改造升级(shēngjí)完成，同时，鞍山市高新区正高标准规划占地3平方公里的千山湾科技园，致力于打造一个集研发与创新于一体(yītǐ)的矿业实验室集聚区……虽然实验室团队体量处于初期建设阶段，但柳小波切实感受到政府、学校给予实验室的鼎力支持，他打了个比方：“小团队在大舞台上‘演出’，压力的确不小，但正因为这极佳的场地和舞美支持，我们有理由用新技术、新理念(xīnlǐniàn)呈现好每一次‘演出’。” 合抱之木，生于毫末，今日播下(bōxià)的(de)创新种子，正是明日产业变革的栋梁。“绿色与智能矿山建设是辽宁全面(quánmiàn)振兴、生态文明建设与高质量发展的必然要求。辽科大与千山湾矿业(kuàngyè)(kuàngyè)实验室始终以国家战略需求为导向，用技术研发与成果转化落地推动矿业发展转型升级，用创新探索提升全产业链价值。”胡军说。 露天矿的智能科研(kēyán)攻坚 齐大山铁矿是鞍钢集团的主要铁矿石基地之一。2020年之前，该矿露天矿现场(xiànchǎng)作业以半自动式的机械化(jīxièhuà)为主，开采过程中存在多工序协同难、安全风险高等行业痛点，一定(yídìng)程度上制约了(le)企业的发展步调。了解到企业实际所需，千山湾矿业实验室团队很早(hěnzǎo)便开始了研发工作。 智能化的关键是要让(ràng)机器“看懂(dǒng)”矿山。全流程智能安全开采，核心中枢(zhōngshū)是智能开采生产平台，鉴于此，实验室以(yǐ)远程调度指挥中心为枢纽(shūniǔ)，借助5G通信、物联网、边缘计算(jìsuàn)等前沿技术，有序串联起穿孔、爆破、铲装、运输和矿量验收五个核心环节，构建了(le)“全流程规划→多工序智能→多场景联动”的智能开采模式。例如在智能计划环节，实验室通过基于无人机采场(cǎichǎng)矿体边界精准(jīngzhǔn)圈定的遥感测试方法，实现(shíxiàn)了露天矿采场矿体快速、高效、精准、实时的圈定与区划；如在爆破环节，团队研发了基于惯性导航的爆破矿岩运动轨迹跟踪装置，搭建出露天矿台阶爆破效果仿真及预测模型，进一步优化了爆破效果的评价方法。 用老百姓的话说，智能(zhìnéng)就是(shì)人少操心费神，让机器帮人干活。但想要让机器“看懂”矿山，还得是人打好“前哨”，因地制宜设计好前端工序(gōngxù)。在项目进行前期，实验室团队(tuánduì)经常要走进矿山现场调研，详细了解开采运营现状，针对性地提供解决方案，寻找“智联”之匙。实验室王连成博士举例，去年(qùnián)夏天，团队在矿山钻机钻孔(zuānkǒng)环节下了不少(bùshǎo)功夫，传统钻孔工序相对依赖人工经验(jīngyàn)，效率低、数据不精准，且伴随一定安全风险。“牙轮钻机在作业时伴随着(zhe)强烈的振动，常常让人双脚发麻，每次钻孔工作结束，工人们都是满身灰尘，倘若在夏季作业，工人们的‘体感’可想而知。”王连成说。 对此，团队展开研讨及论证，确定钻机(zuànjī)(zuànjī)远程遥控项目为重点研究内容之一，并对现有(xiànyǒu)钻机进行系统性改造，增加了感知、决策、控制、安全等(děng)多组核心模块，实现了钻机精准(jīngzhǔn)钻孔(zuānkǒng)和远程一拖二智能控制。在降低工人劳动强度、转变工作环境、精准安全完成工作的同时，这套系统还能根据钻机工作的参数识别岩性，为后续的爆破智能设计提供数据支持。 “那段时间的确很(hěn)艰苦，团队成员长期驻守现场，东北的夏天太阳也挺(tǐng)毒，我们几个都黑了几个度，有人后背还晒到脱皮。”实验室团队成员张兴帆博士笑(xiào)着回忆，“虽然试验失败是(shì)常态，但一切(yīqiè)都很值得，团队的研究成果可以很快在这座矿山落地应用，我们感到很自豪。” 经过(jīngguò)团队不停歇的技术攻关，如今，他们(tāmen)已(yǐ)解决了露天矿智能开采关键共性技术难题，并通过智能开采生产(shēngchǎn)平台(píngtái)，将数字地质、开采计划、穿孔爆破、铲装运输、生产验收的闭环流程整合，实现了大型金属露天矿全流程智能安全开采，助力齐大山铁矿向产业高端化、智能化、绿色化迈进。 记者几次与团队成员线上交流(jiāoliú)时(shí)，他们(tāmen)不是在做实验、开会、调研，就是在去往实验室、会场、矿山的路上。即便如此，他们仍能将繁忙的工作安排得井井有条，并及时、细致、真挚地回答每一个问题。 成功没有让千山湾矿业实验室团队停下脚步(jiǎobù)。 在团队进行此项目攻关的两年来，他们一同(yītóng)开展技术研讨会50余场，现场调试设备百余次，深入(shēnrù)矿山一线超2000小时，调研走进各企业现场虽(suī)没有精确的数字统计，但(dàn)背后却是这个团队“追求卓越、精益求精”的真实写照。 “我们常与这些外人看来有些(yǒuxiē)冰凉的矿石打交道，然而，走向智能创新未来(wèilái)的路途，却常存温热。”柳小波感慨道。 事实上，实验室(shíyànshì)的共同努力得到了回报，在5月27日学校与(yǔ)市科技局共同举办的千山湾矿业(kuàngyè)实验室成果发布会上，一系列成绩“走上台前”：“地下金属矿山采掘工程安全高效爆破(bàopò)技术创新与应用”和(hé)“低碳智能厚料层烧结(shāojié)关键技术(guānjiànjìshù)研发与应用”两个项目获省科技进步奖一等奖；“露天矿安全智能爆破开采关键技术与工程示范”项目获公共安全技术奖(jìshùjiǎng)一等奖；实验室加入辽宁省菱镁资源重点实验室群；实验室成员发表100余篇高水平学术论文，授权发明专利6件，国家出版(chūbǎn)基金资助出版专著1部。此外(cǐwài)，实验室还承办了第四届先进颗粒加工技术及应用国际会议；与新疆塔城地区科技局签订了战略合作协议…… 在智慧矿山研发领域取得阶段性成果的(de)同时，实验室继续拓宽视野，开启了(le)新一轮的创新征途：致力于矿石破碎全流程能量流转调控(tiáokòng)技术研究(yánjiū)等矿山智能爆破与安全(ānquán)技术的研发；聚焦应用于耐材生产和环保等领域的高性能镁砂生产技术开发；围绕电工级高纯氧化镁生产技术研究等开展镁化工领域的科研攻关…… 胡军表示，未来(wèilái)，千山湾矿业实验室将始终以打造在矿业技术领域的战略科技(kējì)力量为目标，围绕该领域的关键问题与高新技术，高标准构建国内一流的综合性科创平台，推动矿业向绿色、高效、可(kě)持续方向转型，努力用自主奋斗的火炬，照亮科技创新的星辰(xīngchén)大海。 （吕铁卓(lǚtiězhuó) 刘适铖|编辑 中国日报辽宁记者站 吴勇）