中國(guó)有色金屬報(bào) | 高寒之巔的綠色智采——長(zhǎng)沙有色院攻克極高寒特大型露天礦低碳高效開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)紀(jì)實(shí)

礦區(qū)

全球戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，資源安全保障事關(guān)國(guó)計(jì)民生。我國(guó)西部高寒高海拔地區(qū)礦產(chǎn)資源豐富，是保障國(guó)家產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全的核心資源腹地，但區(qū)域海拔高、氣溫低、生態(tài)承載力脆弱，礦區(qū)開(kāi)采長(zhǎng)期面臨人機(jī)作業(yè)效率偏低、生態(tài)擾動(dòng)損傷大、開(kāi)采能耗成本居高不下等行業(yè)痛點(diǎn)。如何在這一區(qū)域?qū)崿F(xiàn)低碳、高效、經(jīng)濟(jì)的礦產(chǎn)資源開(kāi)采，是行業(yè)亟待破解的重大技術(shù)課題。

針對(duì)極高寒礦區(qū)開(kāi)發(fā)技術(shù)瓶頸，中鋁國(guó)際工程股份有限公司所屬長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司（以下簡(jiǎn)稱“長(zhǎng)沙有色院”）項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)聚力核心技術(shù)攻關(guān)，首創(chuàng)下行自發(fā)電帶式輸送等多項(xiàng)核心技術(shù)，攻克極高寒礦區(qū)開(kāi)采境界的動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)優(yōu)化、運(yùn)輸坑線的經(jīng)濟(jì)智能布設(shè)以及物料長(zhǎng)距離大規(guī)模運(yùn)輸過(guò)程中的能量高效回收等一系列難題，為高寒高海拔地區(qū)特大型露天礦山綠色低碳開(kāi)發(fā)、降本提質(zhì)增效提供硬核技術(shù)支撐與標(biāo)桿工程示范，全方位提升我國(guó)戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源自主保障能力。

立足“十五五”開(kāi)局關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，中鋁集團(tuán)聚焦“兩個(gè)保障”，打造“四個(gè)特強(qiáng)”。長(zhǎng)沙有色院項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)圍繞極高寒特大型露天礦開(kāi)發(fā)過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)難題，開(kāi)展低碳高效開(kāi)采集成技術(shù)與工程示范研究。通過(guò)理論分析、仿真模擬與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用等多種手段，項(xiàng)目取得一系列創(chuàng)新成果，形成完整的集成技術(shù)體系。

精準(zhǔn)畫(huà)像動(dòng)態(tài)調(diào)控：盤(pán)活存量資源

實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)利用效益最大化

露天開(kāi)采境界的精準(zhǔn)圈定與運(yùn)輸坑線的合理規(guī)劃，是礦床開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)和運(yùn)輸效能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的靜態(tài)境界圈定方法存在價(jià)格與成本參數(shù)動(dòng)態(tài)性缺失、時(shí)間價(jià)值屬性失真、運(yùn)輸坑線布設(shè)經(jīng)濟(jì)性不足等問(wèn)題，容易造成礦產(chǎn)資源浪費(fèi)。面對(duì)這一難題，長(zhǎng)沙有色院項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)將目光投向經(jīng)濟(jì)參數(shù)與時(shí)間價(jià)值的動(dòng)態(tài)博弈。

“我們不僅要算經(jīng)濟(jì)賬，還要算時(shí)間賬?！表?xiàng)目負(fù)責(zé)人表示。針對(duì)高寒礦山投資大、周期長(zhǎng)的特點(diǎn)，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出露天礦開(kāi)采境界價(jià)格與成本經(jīng)濟(jì)參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)控、時(shí)間價(jià)值屬性精準(zhǔn)貼合的多手段組合動(dòng)態(tài)集成優(yōu)化新方法。這一方法能夠根據(jù)市場(chǎng)價(jià)格的波動(dòng)和開(kāi)采成本的變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整開(kāi)采境界的圈定與運(yùn)輸坑線的布設(shè)，解決資源動(dòng)態(tài)管理與高效利用的“老大難”問(wèn)題。在工程設(shè)計(jì)中，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)智能算法實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸坑線的經(jīng)濟(jì)智能布設(shè)，使礦山在長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的服務(wù)期內(nèi)始終保持最優(yōu)經(jīng)濟(jì)效益狀態(tài)。原本被認(rèn)為品位邊界模糊的呆滯礦量轉(zhuǎn)化為可采儲(chǔ)量，真正做到“顆粒歸倉(cāng)”。

賦能裝備適配升級(jí)：攻克高原工況

破解大型設(shè)備高反作業(yè)難題

海拔5000米礦區(qū)的含氧量?jī)H為平原地區(qū)的60%，人和設(shè)備都面臨嚴(yán)重的高原反應(yīng)。大型采礦裝備動(dòng)力衰減、故障率上升，出勤率和作業(yè)效率大打折扣。如何讓這些裝備在極寒缺氧環(huán)境下保持高效協(xié)同，是保障生產(chǎn)的關(guān)鍵。

在傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，長(zhǎng)沙有色院項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)構(gòu)建裝備集群效率衰減多參數(shù)性能修正模型。這一模型充分考量海拔、溫度、路況、保養(yǎng)周期等多重因素對(duì)采礦裝備效率的影響，并據(jù)此開(kāi)發(fā)極高寒特大型露天礦裝備智能選型決策軟件，可模擬不同裝備組合在特定惡劣環(huán)境下的實(shí)際產(chǎn)出，從而實(shí)現(xiàn)裝備精準(zhǔn)匹配。投入使用后，大型采礦裝備運(yùn)行效率顯著提升，出勤率提高2~3個(gè)百分點(diǎn)，時(shí)間利用率提高1~3個(gè)百分點(diǎn)，既保障年采剝總量，又大幅降低無(wú)效燃油消耗和設(shè)備損耗。

原創(chuàng)綠色輸送工藝：勢(shì)能變電能

暢通高寒低碳運(yùn)輸大動(dòng)脈

如果說(shuō)設(shè)備選型是解決“點(diǎn)”上的效率問(wèn)題，那么物料遠(yuǎn)距離運(yùn)輸則是“線”上制約礦山整體效能的問(wèn)題。高海拔礦山往往山高谷深，礦廢石運(yùn)輸距離長(zhǎng)、落差大。傳統(tǒng)汽車運(yùn)輸運(yùn)費(fèi)高、能耗大、污染嚴(yán)重，常規(guī)帶式輸送機(jī)存在帶強(qiáng)較低、裝機(jī)功率與帶寬較小、極寒與強(qiáng)紫外線環(huán)境下輸送帶易脆化、壓陷阻力大等問(wèn)題，影響礦山安全、低碳、高效、穩(wěn)定生產(chǎn)。

面對(duì)這一挑戰(zhàn)，長(zhǎng)沙有色院項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)極高寒特大型露天礦大運(yùn)量長(zhǎng)距離下行自發(fā)電帶式輸送技術(shù)，在西藏巨龍銅業(yè)有限公司建成世界首臺(tái)套海拔最高、功率與運(yùn)量最大、帶速與帶強(qiáng)最高的下行自發(fā)電帶式輸送系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用物料從高處下行的巨大重力勢(shì)能進(jìn)行發(fā)電，變阻力為動(dòng)力。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該系統(tǒng)滿載運(yùn)行年發(fā)電量可達(dá)5445萬(wàn)千瓦時(shí)，相當(dāng)于年減少碳排放量56752噸。這項(xiàng)技術(shù)顛覆“運(yùn)輸必耗能”的傳統(tǒng)觀念，實(shí)現(xiàn)極高寒礦區(qū)物料長(zhǎng)距離大規(guī)模運(yùn)輸與能量高效回收的完美結(jié)合。

時(shí)空協(xié)同智能排土：統(tǒng)籌堆排調(diào)度

構(gòu)建生態(tài)低擾動(dòng)排棄模式

解決完礦石采掘與運(yùn)輸?shù)碾y題，大體量廢石的排棄與堆存同樣考驗(yàn)著工程技術(shù)人員的智慧。在分區(qū)開(kāi)采及多個(gè)排土場(chǎng)的情況下，廢石運(yùn)輸線路復(fù)雜，傳統(tǒng)粗放式排土路徑規(guī)劃存在排土成本高、周轉(zhuǎn)效率低、調(diào)度精度差等問(wèn)題，制約礦山經(jīng)濟(jì)效益提升與產(chǎn)能釋放。

為此，長(zhǎng)沙有色院項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研發(fā)特大型露天礦多區(qū)域時(shí)空協(xié)同大規(guī)模排土技術(shù)，構(gòu)建運(yùn)輸系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型與調(diào)度輔助決策系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)排土場(chǎng)在時(shí)間和空間上的超前規(guī)劃與動(dòng)態(tài)協(xié)同。運(yùn)輸車輛不再是“兩點(diǎn)一線”簡(jiǎn)單往返，而是根據(jù)實(shí)時(shí)路況、排土場(chǎng)容量與壓實(shí)度要求，智能規(guī)劃最優(yōu)路徑，實(shí)現(xiàn)裝備高效運(yùn)輸協(xié)同與低碳經(jīng)濟(jì)堆排，大幅降低廢石運(yùn)輸?shù)哪芎呐c排放，將礦山開(kāi)采對(duì)環(huán)境的影響降至最低。

多維效益全面釋放：科創(chuàng)賦能轉(zhuǎn)型

兼顧資源、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)三重價(jià)值

技術(shù)創(chuàng)新的含金量，最終要通過(guò)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)來(lái)檢驗(yàn)。

相關(guān)成果在西藏巨龍銅業(yè)有限公司得以成功應(yīng)用，交出一份令人振奮的成績(jī)單。

在資源保障方面，增加礦山可采礦量5766萬(wàn)噸、銅金屬量25.37萬(wàn)噸，顯著延長(zhǎng)礦山服務(wù)年限，提升我國(guó)戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源自給能力。

在經(jīng)濟(jì)效益方面，直接節(jié)省大量投資，新增價(jià)值十分可觀，年降低生產(chǎn)成本超億元。

在環(huán)境效益與社會(huì)效益方面，樹(shù)立極高寒特大型礦山低碳、高效、經(jīng)濟(jì)開(kāi)采的行業(yè)標(biāo)桿，踐行“綠水青山就是金山銀山”理念，為高寒高海拔地區(qū)特大型露天礦山綠色低碳、降本增效開(kāi)發(fā)提供寶貴的技術(shù)支撐和工程示范。

冰雪之上，創(chuàng)新為峰。面向未來(lái)，長(zhǎng)沙有色院將聚焦有色金屬工業(yè)綠色化、智能化、高端化發(fā)展方向，深化產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同創(chuàng)新，努力產(chǎn)出更多具有重大影響力的原創(chuàng)性、引領(lǐng)性成果，為保障國(guó)家礦產(chǎn)資源安全、推動(dòng)行業(yè)科技進(jìn)步與高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)更大力量。

來(lái)源 | 中國(guó)有色金屬報(bào) 記者：郭陳響

提供環(huán)境新聞線索

環(huán)境新聞線索征集