千山湾矿业实验室：以智能创新点亮矿山未来

近日，千山湾矿业实验室助力鞍钢集团矿业公司齐大山铁矿开发出(chū)国内首个露天矿智能(zhìnéng)开采生产(shēngchǎn)平台，建成了亚洲规模最大、智能化水平最高的露天铁矿示范基地(jīdì)，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(zài)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(xiǎngyìng)国家降本增效政策要求、提高生产系统协同运作能力以及提升(tíshēng)管理效能等(děng)方面仍存在诸多挑战。在此背景下，矿山生产领域迫切需要引入(yǐnrù)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(kuàngyè)技术和(hé)矿业产业领域底蕴厚重(hòuzhòng)，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(jiànshè)。此时，地方高校(gāoxiào)“因势而为”的科研智力支持也不可或缺。“转型，意味着从低附加值到高附加值，意味着改变粗放、走向(zǒuxiàng)集约，作为(zuòwéi)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，同政企携手发力(fālì)、同向同行，努力为全省高水平科技自立自强贡献力量。”千山湾矿业实验室主任、辽科大校长胡军说。 去年(qùnián)7月(yuè)，千山湾矿业实验室在我校正式挂牌运行。该(gāi)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，以及鞍钢集团矿业有限公司(yǒuxiàngōngsī)等知名企业签约共建(gòngjiàn)，聚焦矿业领域重大科学问题和前沿技术，围绕国家、省重大战略需求和鞍山产业发展(fāzhǎn)需要，重点开展战略性、前瞻性、基础性、综合性科技创新活动。 面对科研(kēyán)创新的迫切需求，实验室建设首先要解决的“第一要务”便是(biànshì)人，基于学校2023年成立的智慧矿山研究院的科研班底，胡军意在(yìzài)让这支团队既充满创新活力，又敢啃硬骨头，于是，他多次(duōcì)往返北京、沈阳等地，在与北科大谋划(móuhuà)实验室建设的同时，也向智慧矿山研究院客座教授柳小波，以及(yǐjí)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(kuàngyè)发展的美好愿景造就了今天。”千山湾矿业实验室执行主任、辽科大智慧矿山(kuàngshān)研究院院长柳小波说。去年，柳小波决定离京(líjīng)，北上鞍山，躬身于实验室的科技研发与业务拓展之中(zhīzhōng)，并随即联合学校相关专业学术团队进行矿业全流程的科技攻关(kējìgōngguān)。 实验室(shíyànshì)(shíyànshì)运营初期，学校党委高位统筹，成立专门机构(zhuānménjīgòu)，制定专项支持政策，整合校内外各方资源，通过专家论证，围绕实验室建设方向、物理空间和基础设施建设、实验设备购置、人员配备、研发经费(jīngfèi)等方面给予实际支持，为团队良性运转保驾护航。目前，实验室整合了如自动矿物参数分析(fēnxī)系统、大口径核磁共振成像分析仪等200余台套设备，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(gǎizào)升级完成，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(jiēduàn)，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(shàng)‘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(wǒmen)有理由用新技术(jìshù)、新理念呈现(chéngxiàn)好每一次‘演出’。” 合抱之木，生于毫末，今日播下(bōxià)的创新(chuàngxīn)种子，正是明日产业变革的栋梁。“绿色与(yǔ)智能矿山建设是辽宁全面振兴、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实验室始终以国家战略需求为导向，用技术研发与成果(chéngguǒ)转化(zhuǎnhuà)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。 露天矿的智能科研攻坚(gōngjiān) 齐大山铁矿是鞍钢集团的主要铁矿石基地之一。2020年之前，该矿露天矿现场作业以半自动(bànzìdòng)式的机械化为主，开采过程中存在多工序协同难、安全风险高等行业痛点，一定程度上制约了(le)企业(qǐyè)的发展步调。了解到企业实际(shíjì)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(zhìnéng)化的(de)关键是(shì)要(yào)让机器“看懂”矿山。全流程智能安全开采，核心中枢是智能开采生产平台，鉴于此，实验室(shíyànshì)以远程调度指挥中心为枢纽，借助5G通信、物联网、边缘计算等前沿技术，有序串联起穿孔、爆破、铲装、运输和矿量(kuàngliàng)验收五个核心环节，构建了“全流程规划→多工序(gōngxù)智能→多场景联动(liándòng)”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)矿体边界精准圈定的遥感测试方法，实现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(xiàoguǒ)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，智能就是人少操心费神，让机器帮人(bāngrén)干活。但想要(xiǎngyào)让机器“看懂”矿山，还得是人打(dǎ)好“前哨”，因地制宜设计好前端工序。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(le)解(liǎojiě)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环节下了不少功夫，传统钻孔工序相对依赖人工经验，效率低、数据不精准，且伴随(bànsuí)一定安全风险。“牙轮钻机在作业时伴随着强烈的振动，常常让人双脚发麻，每次钻孔工作结束，工人们(men)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，确定钻机远程(yuǎnchéng)遥控项目为(wèi)重点研究内容之一，并对现有钻机进行系统性改造，增加了(le)感知、决策(juécè)、控制(kòngzhì)、安全等多组核心模块(mókuài)，实现了钻机精准钻孔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。 “那段时间的确很艰苦，团队成员长期驻守(zhùshǒu)现场(xiànchǎng)，东北的夏天(xiàtiān)太阳也挺毒，我们几个都黑了几个度，有人后背还晒(shài)到脱皮。”实验室团队成员张兴帆博士笑着回忆，“虽然试验失败是常态，但一切都很值得，团队的研究成果可以很快在这座矿山落地(luòdì)应用，我们感到很自豪。” 经过(jīngguò)团队不停歇的技术攻关，如今，他们已解决了露天矿(lùtiānkuàng)智能开采关键(guānjiàn)共性技术难题(jìshùnántí)，并通过智能开采生产平台，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(liúchéng)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时，他们不是在做实验、开会、调研，就是在去往实验室、会场、矿山的路上。即便如此(jíbiànrúcǐ)，他们仍能将繁忙(fánmáng)的工作安排得井井有条，并及时、细致、真挚地(dì)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(cǐ)项目攻关的两年(liǎngnián)来，他们一同开展技术研讨会50余场，现场调试设备百余次，深入矿山一线超2000小时，调研(diàoyán)走进各企业现场虽没有精确的数字统计，但背后却是这个(zhègè)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冰凉的矿石打交道，然而，走向智能创新未来的路途(lùtú)，却常存温热(wēnrè)。”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日学校与市科技局(kējìjú)共同举办(jǔbàn)的千山湾(wān)矿业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技术创新与应用(yìngyòng)”和“低碳(dītàn)智能厚料层(céng)烧结关键技术研发与应用”两个项目获(huò)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，国家出版基金资助出版专著1部。此外，实验室还承办了第四届(dìsìjiè)先进颗粒加工技术及应用国际会议；与新疆塔城地区(tǎchéngdìqū)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(shíyànshì)继续(jìxù)拓宽视野，开启了新一轮的创新征途：致力于矿石破碎全流程能量流转调控技术研究等矿山智能(zhìnéng)爆破与安全技术的研发；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(diàngōng)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，千山湾矿业实验室将始终以打造(dǎzào)在矿业技术领域的(de)战略科技力量为目标，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、可持续方向(fāngxiàng)转型(zhuǎnxíng)，努力用自主奋斗的火炬，照亮科技创新的星辰大海。 （吕铁卓 刘适铖|编辑(biānjí) 中国日报辽宁记者站 吴勇）