完成�
顧曉�、顧清華、胥孝川、王 青、范立軍、阮順領(lǐng)、韓瑞亮、江 �、井石滾、李 華、付 �(qiáng)、劉�(zhàn)�(yáng)、馬士博、徐森民、胡智航
完成單位
東北大學(xué)、西安建筑科技大學(xué)、本溪鋼�(集團(tuán))礦業(yè)有限�(zé)任公司、洛�(yáng)欒川鉬業(yè)集團(tuán)股份有限公司、成�(yuǎn)礦業(yè)開發(fā)股份有限公司、河北鋼鐵集�(tuán)礦山�(shè)�(jì)有限公司、河北鋼鐵集�(tuán)司家�(yíng)研山鐵礦有限公司
�(xiàng)目研究背�
露天開采是我�(guó)礦產(chǎn)資源開采的重要方�,為解決我國(guó)露天開采面臨的生�(tài)�(huán)境損害嚴(yán)�、老齡化導(dǎo)致的采礦勞動(dòng)力短缺、礦�(chǎn)資源綜合利用效率�、生�(chǎn)開采智能化程度低等迫切問題,變革露天礦設(shè)�(jì)�(yōu)化方�,大力發(fā)展露天智能開采乃至無人開采技�(shù),革新露天開采設(shè)�(jì)及生�(chǎn)模式,實(shí)�(xiàn)(優(yōu)化、低碳化和智能化)“三化”開�,是�(dāng)前和未來我國(guó)礦業(yè)�(fā)展的必由之路。因�,項(xiàng)目自2006�10月開始啟�(dòng),圍繞金屬露天礦急需要解決的四大問題入手�
?�?)國(guó)�(nèi)外以往的露天礦開采方案五大要素(最終境�、開采順序、生�(chǎn)能力、開采壽�、設(shè)備配置)一直采用分步優(yōu)化方�,即先優(yōu)化最終境界,而后�(yōu)化開采計(jì)�,最后為開采�(jì)劃配置設(shè)備,無法�(shí)�(xiàn)整體�(yōu)化從而求得全局最�(yōu)方案。露天開采存在開采方案五大要素整體優(yōu)化理論和方法缺失,五大要素協(xié)同優(yōu)化模型和算法空白�
�2)傳�(tǒng)露天礦開采方案優(yōu)化并未考慮露天開采的環(huán)境損�、生�(tài)保護(hù)成本、碳排放與露天礦開采之間的矛�,無法量化露天開采的生態(tài)成本,并將之“內(nèi)生化”到開采方案的優(yōu)化模型與算法之中。因此生�(tài)文明下綠�、低碳露天開采方案設(shè)�(jì)理論和方法缺�;露天開采生�(tài)成本量化難,生態(tài)成本�(nèi)生化�(shè)�(jì)�(yōu)化方法空��
�3)受低品位伴生資源分布不�、市�(chǎng)�(jià)格波�(dòng)�、邊際品位計(jì)算方法單一等因素限�,我�(guó)傳統(tǒng)的單一礦種采用固定邊際品位�(jìn)行礦體圈定,無法根據(jù)市場(chǎng)變化�(duì)采礦生產(chǎn)�(jìn)行動(dòng)�(tài)�(diào)�,造成大量具有�(jīng)�(jì)�(jià)值的低品位伴生資源的流失。如何在品位-成本-�(jià)格約束下�(shí)�(xiàn)多礦種邊際品位優(yōu)化是提高多礦種綜合利用率亟待解決的技�(shù)難題�
�4)傳�(tǒng)的露天礦�(yùn)輸裝備及�(yùn)輸工藝已不能滿足�(dāng)前露天礦向智能化�(fā)展的�(shí)際需�,以綠色、安�、環(huán)保的新能源純電動(dòng)卡車為對(duì)�,礦區(qū)�(huán)境下的無人駕駛卡車和5G通信下新能源無人礦卡自主�-�(yùn)-卸智能控制技�(shù)完全空白,與之適�(yīng)的金屬露天礦多工序多目標(biāo)集群智能生產(chǎn)管控技�(shù)和系�(tǒng)等缺��
圍繞以上難點(diǎn)問題,在�(guó)家科技重大專項(xiàng)等項(xiàng)目支持下,通過�(chǎn)�(xué)研用多家單位�(lián)�,充分發(fā)揮產(chǎn)�(xué)研校企聯(lián)合攻�(guān)�(yōu)�(shì),東北大�(xué)和西安建筑科技大學(xué)為礦山企�(yè)�(lián)合提供技�(shù)及理論支撐,洛鉬集團(tuán)、本鋼集�(tuán)、河鋼集�(tuán)、成�(yuǎn)礦業(yè)公司等為高校提供大、中、小型各類露天礦33�(gè)作為工程�(yīng)用基地�
�(xiàng)目研�?jī)?nèi)容及特色
本項(xiàng)目屬于采礦工程學(xué)�,金屬礦露天開采�(lǐng)�,重�(diǎn)解決我國(guó)金屬露天礦綠色低碳開采優(yōu)化設(shè)�(jì)、低品位資源高效利用及無人智能開采的重大技�(shù)難題。項(xiàng)目歷�(jīng)15年攻�(guān),創(chuàng)立了集露天礦整體�(shè)�(jì)與生�(chǎn)系列�(yōu)化算法、生�(tài)低碳化礦山優(yōu)化設(shè)�(jì)技�(shù)、低品位資源綜合利用和無人采礦裝備及智能生產(chǎn)管控技�(shù)為一體的露天礦低碳生�(tài)化設(shè)�(jì)及無人智能開采技�(shù)體系。主要內(nèi)容如下:
�1)率先提出了露天礦整體設(shè)�(jì)與生�(chǎn)系列�(yōu)化算�。首次提出露天礦的“最終境界、生�(chǎn)能力、開采計(jì)劃、開采壽命及開采�(shè)備配置”五大要素整體優(yōu)化體�,打破了傳統(tǒng)露天開采�(shè)�(jì)中先�(yōu)化最終境界—后�(yōu)化開采計(jì)劃—最后配置開采設(shè)備的分步�(yōu)化方�,成功解決了五大要素的整體優(yōu)化難�。應(yīng)用后,礦山炸藥單耗平均節(jié)�4%以上,破碎成本節(jié)�5%以上,電鏟效率提�5.4%以上,縮短平均運(yùn)�1.53公里以上,降低采剝生�(chǎn)成本10%以上�

�2)首�(chuàng)了綠色低碳的生態(tài)化礦山優(yōu)化設(shè)�(jì)技�(shù)體系。首次提出了生態(tài)成本�(nèi)生化的礦山優(yōu)化設(shè)�(jì)理念,填�(bǔ)了傳�(tǒng)礦山�(shè)�(jì)方法不考慮生態(tài)�(huán)境因素的空白,開展了礦山生態(tài)沖擊與生�(tài)成本量化的系列研�,解決了生態(tài)成本難以量化的難題。應(yīng)用后降低碳排�26%以上,減少土地直接占用和壓損40%以上,降低生�(tài)成本30%以上�

?�?)創(chuàng)新提出了低品位伴生資源邊際品位優(yōu)化的方法。確立了貧礦與低品位伴生資源一體化開采全新的工�(yè)指標(biāo)體系,研�(fā)了多礦種邊際品位�(yōu)化技�(shù)和多階段隨機(jī)�(guī)劃邊際優(yōu)化技�(shù)。應(yīng)用后,僅三道莊礦就增加可采資源儲(chǔ)�2.4億噸,礦�(chǎn)資源綜合回采率達(dá)98.2%�

�4)首次研�(fā)了基�5G的露天礦無人采礦及智能管控集成技�(shù)體系。依�(jù)整體�(shè)�(jì)—生�(tài)�(yōu)化—智能生�(chǎn)的總體思路,研�(fā)了露天礦區(qū)道路條件下新能源純電�(dòng)礦用無人駕駛和智能調(diào)度技�(shù),攻克了無人礦卡集群編隊(duì)智能�(diào)度的難題。應(yīng)用后,累�(jì)減少低品位資源的排放1.5億噸,運(yùn)輸效率提�15%以上,綜合運(yùn)輸成本降低約50%以上�

�(xiàng)目推廣應(yīng)用情�
?�?)建立的礦山生態(tài)沖擊量化模型和生�(tài)成本�(jì)算模�,跨行業(yè)并被�(yīng)用到廢車、廢鉛回收行�(yè)的生�(tài)占用�(píng)��
�2)“低品位伴生資源綜合利用技�(shù)”入選“自然資源部礦產(chǎn)資源節(jié)約與綜合利用先�(jìn)適用技�(shù)推廣目錄��
�3)應(yīng)用該�(xiàng)目成果的三道莊露天礦貧礦與低品位鉬鎢礦綜合利用工程被自然資源部確定為示范工程�
?�?)“一種基于ACA-BP算法的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的故障診斷方法”實(shí)�(xiàn)�(fā)明專利成果轉(zhuǎn)�300.18�(wàn)�;“基于谷歌地圖的無人駕駛�(jiān)控系�(tǒng)[�(jiǎn)�:基于谷歌地圖的無人駕駛系�(tǒng)]V1.0”實(shí)�(xiàn)軟件著作�(quán)�(zhuǎn)�408.018�(wàn)�;“露天礦�(shù)字化采礦生產(chǎn)管理集成系統(tǒng)V1.0”實(shí)�(xiàn)軟件著作�(quán)�(zhuǎn)�102.3�(wàn)�;“一種露天礦山車輛智能調(diào)度終斷”實(shí)�(xiàn)�(shí)�(yàn)新型專利成果�(zhuǎn)�209.822�(wàn)元�
?�?)項(xiàng)目主要完成人先后�(yīng)澳大利亞采礦和冶金學(xué)�(huì)、世界采礦大�(huì)�(guó)際組委會(huì)以及�(guó)際礦�(yè)教授�(xué)�(huì)等邀�(qǐng)參加�(guó)�(nèi)外礦�(yè)類學(xué)�(shù)�(huì)�,研究成果先后做大會(huì)特邀/主題�(bào)�33�,在�(guó)�(nèi)外引起巨大反��
?�?)智能調(diào)度管控平�(tái)先后在水電八局、馬鋼集�(tuán)�28家礦山企�(yè)推廣�(yīng)用�
?�?)礦山生�(tài)沖擊量化和生�(tài)成本�(jì)算編寫到《中�(guó)大百科全書��
?�?)礦山生�(tài)化優(yōu)化設(shè)�(jì)方法編寫到《采礦手�(cè)��
?�?)基于建立的低碳生態(tài)化開采理�,與新疆大學(xué)、北京礦冶科技集團(tuán)有限公司�(lián)合申�(bào)并獲批國(guó)家聯(lián)合基金“新疆大型露天礦綠色安全高效開采技�(shù)”,解決新疆大批大型露天礦生�(tài)化開采關(guān)鍵技�(shù)問題�
?�?0)整體優(yōu)化理論與方法編寫到本科生教材《采礦學(xué)》(�3版)《金屬礦床露天開采��
?�?1)基于研�(fā)的露天礦�(yōu)化軟件系�(tǒng),完成國(guó)家虛擬仿真實(shí)�(yàn)建設(shè)《露天礦開采虛擬仿真�(shí)�(yàn)�,上線國(guó)家實(shí)�(yàn)空間平臺(tái),使用人�(shù)超過11�(wàn),獲批“國(guó)家級(jí)虛擬仿真�(shí)�(yàn)教學(xué)”一流課程�
�(xiàng)目成果及�(dá)到的技�(shù)指標(biāo)
?�?)解決了露天礦多要素單獨(dú)�(yōu)化難以得到全局最�(yōu)解問�,降低采剝生�(chǎn)成本10%以上,使礦山整體�(jīng)�(jì)效益提高20%以上�
?�?)實(shí)�(xiàn)了開采方案動(dòng)�(tài)�(yōu)�,應(yīng)用于�(guó)�(nèi)8�(gè)礦山,改善了礦巖爆破�(zhì)�,鏟�(yùn)�(shè)備作�(yè)效率提高�5.4%以上,平均減少了廢石�(yùn)輸距�1.53公里以上,實(shí)�(xiàn)�(nèi)排量1.02億噸�
?�?)解決了沒有最終境界無法計(jì)算生�(tài)成本,而生�(tài)成本又反過來影響最終境界的矛盾,減少土�?fù)p毀面積40%以上�
?�?)實(shí)�(xiàn)了露天礦生態(tài)低碳整體方案�(yōu)化設(shè)�(jì),使碳排放降�26%以上�
�5)大大降低了資源開采所�(chǎn)生的生態(tài)沖擊,降低土�?fù)p毀和能耗排放的生態(tài)成本30%以上�
?�?)解決了礦用電動(dòng)無人駕駛�(dòng)力不�、短程運(yùn)輸效率低等難�,大幅提高了短距離裝卸效�,應(yīng)用后車輛�(yùn)輸效率提�22%,大大減少了司機(jī)等勞�(dòng)力成�,綜合運(yùn)輸成本降低約50%以上�
�7)僅三道莊礦就多利用貧礦及低品位伴生礦石�2.4億噸,減少剝離巖�1.45億噸,減少排土場(chǎng)占用面積0.68億m3,通過爆破�(yōu)化嚴(yán)格控制了爆破引起的礦巖混合率,多礦種品位波動(dòng)率由原來�8.35%降低�3.62%�
�8)實(shí)�(xiàn)了多�(tái)無人駕駛車輛自主集群智能�(diào)�,設(shè)備綜合利用率大幅提升,運(yùn)輸效率提�22%�
研究成果授權(quán)�(fā)明專�8�(xiàng),實(shí)用新型專�9�(xiàng),軟件著作權(quán)59�(xiàng),制定行�(yè)�(biāo)�(zhǔn)2�(xiàng),開�(fā)�(guó)家級(jí)露天開采虛擬仿真�(shí)�(yàn)平臺(tái)1�(gè),發(fā)表論�191�,出版學(xué)�(shù)著作9�。成果目前已在南芬露天礦、司家營(yíng)鐵礦、三道莊露天礦等得到推廣�(yīng)用,近三年實(shí)�(xiàn)新增銷售�58.20億元,新增利�(rùn)25.89億元�












