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

礦區(qū)

全球戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源競爭日益激烈，資源安全保障事關(guān)國計民生。我國西部高寒高海拔地區(qū)礦產(chǎn)資源豐富，是保障國家產(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)開采長期面臨人機(jī)作業(yè)效率偏低、生態(tài)擾動損傷大、開采能耗成本居高不下等行業(yè)痛點。如何在這一區(qū)域?qū)崿F(xiàn)低碳、高效、經(jīng)濟(jì)的礦產(chǎn)資源開采，是行業(yè)亟待破解的重大技術(shù)課題。

針對極高寒礦區(qū)開發(fā)技術(shù)瓶頸，中鋁國際工程股份有限公司所屬長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司（以下簡稱“長沙有色院”）項目團(tuán)隊聚力核心技術(shù)攻關(guān)，首創(chuàng)下行自發(fā)電帶式輸送等多項核心技術(shù)，攻克極高寒礦區(qū)開采境界的動態(tài)精準(zhǔn)優(yōu)化、運(yùn)輸坑線的經(jīng)濟(jì)智能布設(shè)以及物料長距離大規(guī)模運(yùn)輸過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，全方位提升我國戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源自主保障能力。

立足“十五五”開局關(guān)鍵節(jié)點，中鋁集團(tuán)聚焦“兩個保障”，打造“四個特強(qiáng)”。長沙有色院項目團(tuán)隊圍繞極高寒特大型露天礦開發(fā)過程中的關(guān)鍵技術(shù)難題，開展低碳高效開采集成技術(shù)與工程示范研究。通過理論分析、仿真模擬與現(xiàn)場應(yīng)用等多種手段，項目取得一系列創(chuàng)新成果，形成完整的集成技術(shù)體系。

精準(zhǔn)畫像動態(tài)調(diào)控：盤活存量資源

實現(xiàn)礦產(chǎn)利用效益最大化

露天開采境界的精準(zhǔn)圈定與運(yùn)輸坑線的合理規(guī)劃，是礦床開發(fā)經(jīng)濟(jì)評價和運(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格與成本參數(shù)動態(tài)性缺失、時間價值屬性失真、運(yùn)輸坑線布設(shè)經(jīng)濟(jì)性不足等問題，容易造成礦產(chǎn)資源浪費。面對這一難題，長沙有色院項目團(tuán)隊將目光投向經(jīng)濟(jì)參數(shù)與時間價值的動態(tài)博弈。

“我們不僅要算經(jīng)濟(jì)賬，還要算時間賬。”項目負(fù)責(zé)人表示。針對高寒礦山投資大、周期長的特點，該團(tuán)隊開發(fā)出露天礦開采境界價格與成本經(jīng)濟(jì)參數(shù)動態(tài)調(diào)控、時間價值屬性精準(zhǔn)貼合的多手段組合動態(tài)集成優(yōu)化新方法。這一方法能夠根據(jù)市場價格的波動和開采成本的變化，動態(tài)調(diào)整開采境界的圈定與運(yùn)輸坑線的布設(shè)，解決資源動態(tài)管理與高效利用的“老大難”問題。在工程設(shè)計中，該團(tuán)隊通過智能算法實現(xiàn)運(yùn)輸坑線的經(jīng)濟(jì)智能布設(shè)，使礦山在長達(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)化為可采儲量，真正做到“顆粒歸倉”。

賦能裝備適配升級：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)的含氧量僅為平原地區(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)驗的基礎(chǔ)上，長沙有色院項目團(tuán)隊構(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)周期等多重因素對采礦裝備效率的影響，并據(jù)此開發(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)境下的實際產(chǎn)出，從而實現(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個百分點，時間利用率提高1~3個百分點，既保障年采剝總量，又大幅降低無效燃油消耗和設(shè)備損耗。

原創(chuàng)綠色輸送工藝：勢能變電能

暢通高寒低碳運(yùn)輸大動脈

如果說設(shè)備選型是解決“點”上的效率問題，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題。高海拔礦山往往山高谷深，礦廢石運(yùn)輸距離長、落差大。傳統(tǒng)汽車運(yùn)輸運(yùn)費高、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、壓陷阻力大等問題，影響礦山安全、低碳、高效、穩(wěn)定生產(chǎn)。

面對這一挑戰(zhàn)，長沙有色院項目團(tuán)隊首創(chuàng)極高寒特大型露天礦大運(yùn)量長距離下行自發(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能進(jìn)行發(fā)電，變阻力為動力。據(jù)統(tǒng)計，該系統(tǒng)滿載運(yùn)行年發(fā)電量可達(dá)5445萬千瓦時，相當(dāng)于年減少碳排放量56752噸。這項技術(shù)顛覆“運(yùn)輸必耗能”的傳統(tǒng)觀念，實現(xiàn)極高寒礦區(qū)物料長距離大規(guī)模運(yùn)輸與能量高效回收的完美結(jié)合。

時空協(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著工程技術(shù)人員的智慧。在分區(qū)開采及多個排土場的情況下，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)度精度差等問題，制約礦山經(jīng)濟(jì)效益提升與產(chǎn)能釋放。

為此，長沙有色院項目團(tuán)隊研發(fā)特大型露天礦多區(qū)域時空協(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)，實現(xiàn)對多個排土場在時間和空間上的超前規(guī)劃與動態(tài)協(xié)同。運(yùn)輸車輛不再是“兩點一線”簡單往返，而是根據(jù)實時路況、排土場容量與壓實度要求，智能規(guī)劃最優(yōu)路徑，實現(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，將礦山開采對環(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)三重價值

技術(shù)創(chuàng)新的含金量，最終要通過市場競爭力和產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)來檢驗。

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單。

在資源保障方面，增加礦山可采礦量5766萬噸、銅金屬量25.37萬噸，顯著延長礦山服務(wù)年限，提升我國戰(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)境效益與社會效益方面，樹立極高寒特大型礦山低碳、高效、經(jīng)濟(jì)開采的行業(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，長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，為保障國家礦產(chǎn)資源安全、推動行業(yè)科技進(jìn)步與高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)更大力量。

來源 | 中國有色金屬報 記者：郭陳響

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