千山湾矿业实验室：以智能创新点亮矿山未来

近日，千山(qiānshān)湾矿业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智能开采生产平台(píngtái)，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，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(luòdì)的关键(guānjiàn)转变。 近年来，我国矿业企业在推进设备大型化与(yǔ)自动化升级方面取得显著成效，然而在响应国家(guójiā)降本增效政策要求、提高生产系统协同(xiétóng)运作能力以及提升管理效能等方面仍存在诸多挑战。在此背景下，矿山生产领域(lǐngyù)迫切需要引入创新理念(lǐniàn)，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(zài)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(tuījìn)绿色矿山、智慧矿山建设。此时，地方高校“因势而为(wèi)”的科研智力(zhìlì)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、走向集约，作为以冶金(yějīn)特色‘起家’的高校，辽(liáo)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(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。”千山湾矿业实验室主任、辽科大校长胡军说(shuō)。 去年7月，千山(qiānshān)湾(wān)矿业实验室在我校正式挂牌运行。该实验室由鞍山(ānshān)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(běijīngkējìdàxué)、辽宁科技大学，以及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需要，重点开展(kāizhǎn)战略性、前瞻性(qiánzhānxìng)、基础性、综合性科技创新活动。 面对科研创新的迫切需求，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(kuàngshān)研究院的科研班底(bāndǐ)，胡军意在让这支团队既充满创新活力，又敢啃硬骨头，于是(yúshì)，他(tā)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(pāochū)橄榄枝。 “胡校长的(de)(de)诚挚、辽科大的底蕴，以及矿业发展的美好愿景造就了今天。”千山湾矿业实验室执行主任、辽科大智慧矿山研究院院长柳小波说。去年，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，并随即联合学校相关(xiāngguān)专业学术(xuéshù)团队(tuánduì)进行矿业全流程的科技攻关。 实验室运营初期，学校党委高位统筹，成立专门机构，制定专项支持政策(zhèngcè)，整合(zhěnghé)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(yánfā)经费等(děng)方面给予(jǐyǔ)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(xìtǒng)、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(píngfāngmǐ)的实验场地即将改造升级完成，同时，鞍山市(ānshānshì)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(kuàngyè)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(liǔxiǎobō)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(lǐyóu)用新技术、新理念呈现好每一次‘演出’。” 合抱之木，生于毫末(háomò)，今日播下(bōxià)的创新种子，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(qiānshān)湾矿业实验室始终以(yǐ)国家战略需求(xūqiú)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。 露天矿的智能科研攻坚(gōngjiān) 齐大山铁矿是鞍钢集团的主要铁矿石基地(jīdì)之一。2020年之前，该矿露天矿现场作业以(yǐ)半自动式的机械化为主，开采过程中(zhōng)存在多工序协同难、安全(ānquán)风险高等行业痛点，一定程度上制约了企业的发展步调。了解到企业实际所需，千山湾矿业实验室(shíyànshì)团队很早便开始了研发工作。 智能(zhìnéng)化的关键是要让机器“看懂”矿山(kuàngshān)。全流程智能安全开采，核心(héxīn)中枢是智能开采生产平台，鉴于(jiànyú)此，实验室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、运输和矿量验收五个核心环节(huánjié)，构建了“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(tōngguò)基于无人机采场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(gāoxiào)、精准、实时的圈定与区划(qūhuà)；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(guǐjì)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(yōuhuà)了爆破效果的评价方法。 用老百姓的话(dehuà)说，智能就是人少操心费神，让(ràng)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。在(zài)项目进行前期，实验室(shíyànshì)团队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(wáng)连成(liánchéng)博士举例，去年夏天(xiàtiān)，团队在矿山钻机钻孔环节下(xià)了不少功夫，传统(chuántǒng)钻孔工序相对依赖人工经验，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，确定钻机远程遥控项目为重点研究内容之一，并对现有钻机进行系统性改造，增加了感知、决策、控制(kòngzhì)、安全等多组核心(héxīn)模块，实现了钻机精准钻孔和远程一拖二智能控制。在降低工人(gōngrén)劳动强度、转变工作(gōngzuò)环境、精准安全完成(wánchéng)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(bàopò)智能设计提供数据支持。 “那段时间的确很艰苦(jiānkǔ)，团队成员长期驻守现场，东北的夏天(xiàtiān)太阳也挺毒，我们几个都黑了几个度，有人后背还晒到脱皮。”实验室(shíyànshì)团队成员张兴帆博士笑着回忆，“虽然试验失败是常态，但(dàn)一切都很值得，团队的研究成果可以很快在这座(zhèzuò)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，他们已解决(jiějué)了(le)露天矿智能开采关键共性(gòngxìng)技术难题，并通过(tōngguò)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(chéngyuán)线上交流时(shí)，他们不是在(zài)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(méiyǒu)让千山湾矿业实验室团队停下脚步。 在团队进行此项目攻关的两年来，他们一同开展技术研讨会50余场，现场调试(tiáoshì)设备百余次，深入矿山(kuàngshān)一线超2000小时，调研走进(zǒujìn)各企业现场虽没有精确(jīngquè)的数字统计，但背后却是这个团队“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冰凉的矿石打交道(dào)，然而，走向智能创新未来的路途(lùtú)，却常存温热。”柳小波感慨道。 事实上，实验室(shíyànshì)(shíyànshì)的共同努力得到了回报，在5月27日学校与市科技局共同举办的千山湾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(kuàngshān)采掘工程安全高效爆破技术创新与应用”和(hé)“低碳智能厚料层烧结关键技术研发与应用”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一等奖；实验室加入辽宁省(liáoníngshěng)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)(chūbǎn)基金(jījīn)资助出版专著1部。此外，实验室还承办了第四届先进(xiānjìn)颗粒加工(jiāgōng)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(lǐngyù)取得阶段性成果的(de)(de)同时，实验室继续拓宽视野，开启了新一轮的创新(chuàngxīn)征途：致力于矿石破碎全流程能量流转调控技术(jìshù)研究等矿山智能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在矿业技术领域的(de)战略科技力量(lìliàng)为目标(mùbiāo)，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(xiàng)绿色、高效、可持续方向转型，努力用自主奋斗的火炬，照亮科技创新的星辰大海。 （吕铁卓 刘适铖|编辑 中国日报辽宁记者站 吴勇(wúyǒng)）