2020——2021全球礦業(yè)發(fā)展報告

　　在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革背景下，礦業(yè)行業(yè)呈現(xiàn)向遠程運營加速轉(zhuǎn)變的趨勢，具 體包括實現(xiàn)可優(yōu)化生產(chǎn)力的自動化作業(yè)、減少設(shè)備停機時間和成本、實現(xiàn)預(yù)測性維護而非 預(yù)防性維護以及提高礦山人員的安全性。5G 等先進通信技術(shù)帶來的高速、可靠連接性使礦 業(yè)企業(yè)能夠更好地利用來自設(shè)備、資產(chǎn)和應(yīng)用程序的海量數(shù)據(jù)。通過機器學(xué)習(xí)算法等對數(shù) 據(jù)的高級分析使企業(yè)能夠做出快速且明智的生產(chǎn)經(jīng)營管理決策。由于整個社會對氣候變化 和環(huán)境的重視， 減少碳排放和加快全電氣化礦山建設(shè)步伐成為礦業(yè)企業(yè)及相關(guān)技術(shù)裝備企 業(yè)的優(yōu)先業(yè)務(wù)發(fā)展方向。

　　新冠肺炎疫情下，礦業(yè)行業(yè)加快變革性技術(shù)創(chuàng)新步伐。新的變革性技術(shù)使礦業(yè)企業(yè)能夠以安全、高效、綠色、可持續(xù)的方式開采回收以前無法獲得的資源，不僅將增強礦業(yè)企 業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的能力，更重要的還是將實現(xiàn)更好的環(huán)境、社會和公司治理（ESG）績效。對于礦業(yè)企業(yè)及礦業(yè)價值鏈中的相關(guān)企業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G 無線通信、遠 程自主操控、先進傳感器等前沿技術(shù)的應(yīng)用，不僅引領(lǐng)企業(yè)進入提高生產(chǎn)力、效率、安 全性和盈利能力的新發(fā)展階段，也讓企業(yè)在面對新冠肺炎疫情等突發(fā)事件時具備靈活應(yīng)對 和快速反應(yīng)的能力。

　　一、人工智能等前沿技術(shù)發(fā)展促進礦產(chǎn)勘查發(fā)現(xiàn)

　　最近對過去 30 年礦產(chǎn)勘查技術(shù)的綜述性研究表明，礦產(chǎn)勘查技術(shù)的發(fā)展可分為三類， 一是經(jīng)濟地質(zhì)學(xué)的理論進展，包括金屬來源、金屬從源到當(dāng)前位置的運移機理，以及 在當(dāng)前位置形成可采礦石的成礦機理；二是發(fā)現(xiàn)和圈定礦床的方法或技術(shù)的重大突破，

　　包括航空重力、航空重力梯度測量、多光譜到高光譜遙感、更深部的電磁測量、三維電法和電磁測量、二維到三維建模和反演、便攜式礦物和地球化學(xué)分析儀、海底礦產(chǎn) 資源 勘探 開發(fā)；三是 關(guān)聯(lián)和 通用 領(lǐng)域 的顯 著進 步，包 括能夠 以較 低成 本帶 來更高 計算 能力的計算機技術(shù)、電子技術(shù)、用于定位和精確時間標(biāo)記的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)、地理 信息系統(tǒng)的商業(yè)化、高分辨率衛(wèi)星圖像的商業(yè)化、分析技術(shù)的改進、人工智能、無人 機和無人潛水器。

　　（一）地質(zhì)礦產(chǎn)勘查數(shù)據(jù)人工智能分析，實現(xiàn)高效精準(zhǔn)的礦石圖像識別和找 礦預(yù)測

　　地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作產(chǎn)生了大量的報告、圖件等數(shù)字化信息，僅憑人工檢索和處理如此 海量的數(shù)據(jù)已經(jīng)難以滿足礦產(chǎn)勘查行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的需要。人工智能技術(shù)能夠快速、精確 地處理并分析大量數(shù)據(jù)，自動進行數(shù)據(jù)抽取、集成、分析建模， 因此具有大幅提升勘探效率、 縮小勘探范圍、降低勘探成本、在數(shù)據(jù)較為匱乏的綠地勘探項目中圈定成礦遠景區(qū)，以及 發(fā)現(xiàn)一些被傳統(tǒng)理論或方法忽視的找礦信息等優(yōu)勢。人工智能技術(shù)主要用于礦產(chǎn)勘查中的 兩個方面，一是利用人工智能技術(shù)對鏡下和巖心照片等圖像的快速分析來識別礦物、沉積 構(gòu)造等；二是利用機器學(xué)習(xí)算法和專家系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)綜合分析來開展數(shù)據(jù)建模和成礦遠景 區(qū) / 找礦靶區(qū)預(yù)測。

　　2021 年 2 月，Minerva Intelligence 公司宣布成功利用其開發(fā)的人工智能礦產(chǎn)勘查軟件 TARGET 為 Giga Metals 公司位于巴西 Parnaiba 盆地的銅礦項目編制了遠景預(yù)測報告，認為 該項目具有較大的勘探成功可能性，促使 Giga Metals 決定申請新的勘探許可證。同年 6 月， Minerva Intelligence 宣布將利用其 DRIVER 人工智能分析技術(shù)勘探 Clarity 黃金公司位于加 拿大東南部 Abitibi 綠巖帶內(nèi)的 Destiny 金礦項目。該技術(shù)通過交叉引用各種數(shù)據(jù)以及將其 與類似的地質(zhì)異常區(qū)進行比較，可以從鉆探結(jié)果中識別出非常重要的多元素區(qū)帶，圈定勘查靶區(qū)，提供不受人為偏移影響的高質(zhì)量分析結(jié)果。

　　2021年5月，瑞典鐵礦石開采企業(yè) LKAB 公司與巖心掃描儀研發(fā)企業(yè) Minalyzer 公司和 人工智能技術(shù)研發(fā)企業(yè) Sentian 公司啟動建立聯(lián)合體，旨在利用人工智能技術(shù)使地質(zhì)學(xué)家能 夠以一種完全不同于以往的方式更深入地了解礦石的形成過程和蝕變形式， 以及利用各種 礦化指示確定是否已接近礦體并確定其位置，以加快勘探性鉆探的分析過程及擴展其分析 范圍。目前，該聯(lián)合體正在利用 Sentian 的人工智能算法在 LKAB 的礦床鉆探孔的巖性編錄 中對巖層進行填圖，從而將巖心評價所需時間從數(shù)周縮短至數(shù)分鐘，并可提高評價結(jié)果的 準(zhǔn)確度。

　　（二）大數(shù)據(jù)處理能力提升及新技術(shù)應(yīng)用，使便攜式分析儀器成為野外地質(zhì) 礦產(chǎn)勘查的可靠手段

　　地球化學(xué)分析技術(shù)正向高精度、多元素、實時分析持續(xù)發(fā)展。目前的地球化學(xué)分析儀 器和技術(shù)可為地質(zhì)學(xué)家快速且低成本地提供各種化學(xué)元素、化合物和礦物的分析結(jié)果。過 去 10 年里，便攜（手持）式 X 射線熒光光譜儀已成為野外地質(zhì)學(xué)家使用的最具創(chuàng)新性的工 具之一 。便攜式熒光光譜儀的廣泛使用產(chǎn)生了大量光譜數(shù)據(jù)，但無法直接使用這些數(shù)據(jù)， 需要對獲得的礦物學(xué)信息進行標(biāo)準(zhǔn)化。IMDEX 公司在其 2021年 1 月舉行的 IMDEX Xploration 技術(shù)會議上，介紹了該公司為處理便攜式近紅外熒光光譜儀數(shù)據(jù)開發(fā)的人工智能 光譜解釋軟件 aiSIRIS。該系統(tǒng)通過來自全球超過 1000 個礦業(yè)項目的 200 多萬份真實光譜 數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練，每個數(shù)據(jù)都經(jīng)過了光譜專家的詳細解釋。據(jù) IMDEX 表示，aiSIRIS 的輸出 結(jié)果實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，能夠為每份光譜數(shù)據(jù)提供與光譜專家水平相當(dāng)?shù)慕忉尳Y(jié)果，但是與光 譜專家相比，aiSIRIS 的解釋速度更快。

　　地球化學(xué)成像是揭示巖石和礦物復(fù)雜地質(zhì)歷史的強有力工具。由于常規(guī)儀器的成本和 尺寸、較長的分析時間以及某些方法所需的大量樣品制備，其應(yīng)用一直局限于實驗室環(huán)境 中的地質(zhì)研究。便攜式激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀成為對巖石和礦物進行快速、定性地球化學(xué)成 像的新方法，能夠以最少的樣品制備或無須樣品制備揭示野外巖石和礦物的復(fù)雜地質(zhì)歷史。 近期對來自加拿大Jericho 和 Muskox 金伯利巖的巖芯的一組幔源包體的完整分析表明，便 攜式激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀的地球化學(xué)成像分辨率足以繪制沿交代礦物分布的礦脈和顆粒邊 界。此外，便攜式激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀對于繪制具有低原子序數(shù)的元素（例如鋰和鈉）的 微觀分布特別靈敏，盡管這些輕元素很難用其他便攜式技術(shù)進行低濃度檢測，但卻是熱液和巖漿過程的重要地球化學(xué)示蹤劑。

　　二、生產(chǎn)運營數(shù)字化和自動化促進礦山智能化開發(fā)

　　（一）結(jié)合工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)字化解決方案，將顛覆礦山生產(chǎn)運營模式

　　新冠肺炎疫情的發(fā)生凸顯了礦業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要性，使企業(yè)意識到數(shù)字化轉(zhuǎn)型不僅 僅能優(yōu)化企業(yè)運營、提高企業(yè)生產(chǎn)效率和收益，更關(guān)乎企業(yè)的生存發(fā)展。例如，在疫情期 間各國采取禁止旅行、關(guān)閉邊境和限制出行等措施背景下，從車輛無人駕駛到遠程監(jiān)控再 到預(yù)測性維護， 以數(shù)字化為基礎(chǔ)的設(shè)備自動化和遠程運營在維持礦業(yè)企業(yè)生產(chǎn)方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用，使礦業(yè)企業(yè)可以在全球任何地方全面了解生產(chǎn)運營狀況，發(fā)現(xiàn)設(shè)備性能和生產(chǎn) 率低于預(yù)期的情況，并降低設(shè)備故障率。

　　結(jié)合了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)字化系統(tǒng) / 平臺讓礦業(yè)企業(yè)可以把重型設(shè)備、傳感器和人員 等連接到集成平臺，并通過數(shù)據(jù)分析等技術(shù)優(yōu)化礦山運營管理。山特維克礦山和巖石技術(shù) 公司的數(shù)字化平臺 OptiMine，通過與山特維克 2019 年收購的數(shù)字科技企業(yè) Newtrax 公司的 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的集成，可將來自所有資產(chǎn)、人員和設(shè)備的數(shù)據(jù)整合到一起，以實現(xiàn)對生產(chǎn)運 營的實時分析和預(yù)測，從而優(yōu)化采礦作業(yè)流程。2020 年 12 月，山特維克發(fā)布了 OptiMine 用于疏散模式可視化、歷史記錄回放、智能調(diào)度的三項新功能。2021 年 1 月， 山特維克的 OptiMine 和 AutoMine 產(chǎn)品獲得了 Frost & Sullivan 咨詢公司頒發(fā)的 2020 年全球自主采礦解 決方案產(chǎn)品領(lǐng)導(dǎo)獎，是唯一一家獲得 2020 年工業(yè)和能源領(lǐng)域 50 強數(shù)字最佳實踐者獎的采 礦設(shè)備和解決方案企業(yè)。

　　（二）建設(shè)高速穩(wěn)定通信網(wǎng)絡(luò)，保障礦山資產(chǎn) - 人 - 系統(tǒng) / 平臺之間數(shù)據(jù)信 息交換

　　對于基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的智能礦山建設(shè)，高速、穩(wěn)定、可靠的連接性將發(fā)揮至關(guān)重要的作用，例如需要足夠的帶寬和高度可靠的網(wǎng)絡(luò)連接將遠程鑿巖系統(tǒng)和無人機產(chǎn)生的實時視 頻流傳輸至遠程運營系統(tǒng)。5G 無線通信技術(shù)作為關(guān)鍵前沿技術(shù)之一，因其具有大帶寬、低 時延、廣連接等特點而成為礦業(yè)企業(yè)生產(chǎn)運營模式重大變革的重要賦能技術(shù)之一。世界經(jīng) 濟論壇 2021 年 1 月發(fā)布的《5G 展望系列：實現(xiàn)包容性的長期機遇》報告指出，5G 將在后 疫情時代發(fā)揮關(guān)鍵作用，能夠有力推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，增強社會凝聚力，促進經(jīng)濟發(fā)展和 社會就業(yè)。另外，該報告提出了 5G 賦能轉(zhuǎn)型發(fā)展的九個長期機遇，包括用于遠程操作、網(wǎng) 聯(lián)交通、智能服務(wù)的移動應(yīng)用場景，以及用于智能監(jiān)控、環(huán)境保護、自主機器人的現(xiàn)場作 業(yè)場景；認為強大的 5G 基礎(chǔ)設(shè)施是未來包容性增長的基礎(chǔ)，將釋放云計算、人工智能、邊 緣計算等前沿技術(shù)的潛力 。

　　2020 年 12 月， 愛立信發(fā)布的《連接性采礦》報告通過無人駕駛運輸、實時狀態(tài)監(jiān)測、 遙控鑿巖、無人機巡檢和智能通風(fēng)控制五個采礦應(yīng)用案例概述了 5G 專用網(wǎng)絡(luò)在保障連接能 力方面具備的優(yōu)勢 ， 評估認為在露天和地下礦山投資建設(shè) 5G 專用網(wǎng)絡(luò)的 10 年投資回報率可能高達 200% 。2021 年 4 月，諾基亞宣布通過與智利通信服務(wù)企業(yè) Claro 公司的合作， 已為金田礦業(yè)的 Salares Norte 金礦部署了 LTE/4.9G 專用無線網(wǎng)絡(luò)，該無線網(wǎng)絡(luò)除了連接 72 臺車輛和設(shè)備外，還連接 150 個用于運營、監(jiān)測和故障預(yù)防的傳感器，使該礦山成為拉丁 美洲數(shù)字化程度最高的礦山之一 。

　　（三）實現(xiàn)采礦設(shè)備自主運行，仍是礦山智能化、少人化、集成化的重要發(fā) 展方向

　　過去 10 年里，對機器設(shè)備自動化的追求一直主導(dǎo)著礦業(yè)行業(yè)的發(fā)展，大多數(shù)礦業(yè)企業(yè) 都希望將這項技術(shù)應(yīng)用于其部分或大部分采礦業(yè)務(wù)。實際上，自動化在礦業(yè)企業(yè)的數(shù)字化 進程中扮演著重要角色，因為流程自動化會顯著提高機器設(shè)備的性能，而操作自動化會消 除作業(yè)人員個人經(jīng)驗和習(xí)慣的不同導(dǎo)致的操作不一致性。除了消除操作不一致性外，自動 化還使機器設(shè)備能夠以更高的效率全天候不間斷地運行。總的來說， 實施自動化有利于生產(chǎn)、 維護、安全、部件使用壽命和人員管理，從而使采礦業(yè)務(wù)實現(xiàn)整體盈利。

　　2021 年 3 月， 淡水河谷宣布其 Brucutu 鐵礦的無人駕駛礦用卡車機隊的規(guī)模已達 13 輛， 采用的是卡特彼勒的 793F CMD 無人駕駛礦用卡車以及 MineStar 系統(tǒng)中的 Command 運輸調(diào) 度模塊。同年 6 月，淡水河谷表示自 Brucutu 礦區(qū)于 2016 年開始部署無人駕駛礦用卡車 以來，已完成物料運輸量 1 億噸，累計行駛 1800 千米且運行良好，輪胎壽命延長了 35%， 比預(yù)期高出 10%，燃油消耗量降低了 11%，使年二氧化碳排放量減少了4300 噸，卡車行 時速度達到 60 千米 / 小時，以每小時運輸?shù)蔫F礦石量計，生產(chǎn)率提高了11%，預(yù)期高出 10% 。

　　2021 年 7 月，福特斯庫金屬集團宣布其無人駕駛運輸機隊達到了一個新的重要里程碑， 即物料運輸量達到 20 億噸，累計安全行駛超過 7000 萬千米 。2012年，福特斯庫是世界上第一個在其位于西澳大利亞州皮爾巴拉礦區(qū)的 Solomon Hub 項目中以商業(yè)規(guī)模部署卡特 彼勒無人駕駛運輸技術(shù)的企業(yè)，目前已有193 輛無人駕駛礦用卡車在運行。

　　三、采礦設(shè)備電氣化和可再生能源利用促進礦山可持續(xù)開發(fā)

　　（一）碳達峰碳中和背景下，全球大型礦業(yè)企業(yè)積極部署實施采礦設(shè)備電氣 化，提升可持續(xù)發(fā)展能力

　　“雙碳”背景下，全球大型礦業(yè)企業(yè)紛紛提出了各自的氣候變化應(yīng)對方案 。據(jù)最近一 項對全球礦業(yè)行業(yè)高管的調(diào)查顯示，有 87% 的人認為所有的現(xiàn)有礦山將在 20 年內(nèi)實現(xiàn)全 電氣化，而 60% 的人認為下一代礦山將實現(xiàn)全線電氣化。采礦設(shè)備作為礦山碳排放的主要來 源（據(jù)統(tǒng)計，40%~50% 的碳排放源于采礦設(shè)備使用的柴油，另外 30%~35% 源于不可再生 能源電力的生產(chǎn)）， 成為礦山實現(xiàn)全線電氣化的重點。采礦設(shè)備電氣化的主要目的是替代包 括柴油在內(nèi)的高碳排放量、高污染的化石燃料的使用 。目前，礦業(yè)行業(yè)正在形成集礦業(yè)企 業(yè)、設(shè)備制造企業(yè)、能源生產(chǎn)企業(yè)等為一體的礦山電氣化解決方案團隊 。

　　淡水河谷、智利國家銅業(yè)和巴里克黃金等全球大型礦業(yè)企業(yè)都在開展全電池動力采礦 設(shè)備的試驗 。2021 年 2 月，加拿大礦業(yè)企業(yè) New Gold 公司宣布將在其位于加拿大不列顛 哥倫比亞省的 New Afton 地下銅金礦的崩落采礦區(qū)部署電池動力采礦機隊，包括山特維克的 50 噸級電池動力 Z50 礦用卡車、北美乃至全球首批部署的 18 噸級電池動力 LH518B 鏟運機、 新款 DS412ie 錨桿鉆機 。2021 年 3 月，福特斯庫宣布與 Williams 先進工程公司達成協(xié)議， 旨在設(shè)計、建造、測試和集成為礦用卡車提供動力的電池系統(tǒng)以及研發(fā)快速充電裝置，其 中電池系統(tǒng)將安裝在福特斯庫研發(fā)的非柴油動力 240 噸級運輸卡車樣機上，并在其位于澳 大利亞皮爾巴拉的礦山進行性能測試，下一階段將考慮采用氫燃料電池動力系統(tǒng) 。

　　隨著礦業(yè)企業(yè)致力于減少碳排放和降低成本，裝備制造企業(yè)也開始加大采礦設(shè)備電氣 化的研發(fā)和制造力度。原始設(shè)備制造企業(yè)小松集團的采礦業(yè)務(wù)部總裁 Masayuki Moriyama 在 接受媒體訪問時表示，小松正在發(fā)展多種動力源（蓄電池電池、氫燃料電池、軌道輔助系 統(tǒng)等）的礦用運輸卡車，并在挖掘機電氣化領(lǐng)域取得階段性進展，如 2020年4月在日本國 內(nèi)市場以租賃設(shè)備選件的形式推出帶鉛酸電池的微型挖掘機 PC30E-5，以及計劃于2022 年 批量生產(chǎn)下一代由鋰離子電池供電的微型挖掘機 。

　　（二）實現(xiàn)電力生產(chǎn)清潔低碳化，是礦業(yè)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要條件

　　由于礦山生產(chǎn)運營目前的電力供應(yīng)主要依賴于煤炭和天然氣等化石燃料，如果礦業(yè)企 業(yè)不改變其電力來源的生產(chǎn)方式，其采礦設(shè)備電氣化措施的碳減排效果將大打折扣。因此， 包括風(fēng)能、太陽能等在內(nèi)的清潔低碳能源的使用，將對實現(xiàn)礦業(yè)開發(fā)過程中的碳減排具有 積極作用。

　　全球知名市場分析企業(yè)惠譽解決方案公司在其最新發(fā)布的行業(yè)報告中指出，未來幾年 里， 綠氫（通過可再生能源電解水獲取的氫能） 在礦業(yè)行業(yè)脫碳領(lǐng)域?qū)⒖赡馨l(fā)揮重要作用。 目前，由于綠氫生產(chǎn)需要消耗大量電力，導(dǎo)致其生產(chǎn)成本高昂， 因此僅占全球氫能市場的 0.1%。據(jù)評估，電力成本約占綠氫總生產(chǎn)成本的 50%~75%，因此可再生能源發(fā)電成本的下 降趨勢有利于綠氫產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展 。

　　2021 年 3 月，力拓集團宣布將在其位于美國加利福尼亞州的硼酸鹽礦使用美國可再生 能源初創(chuàng)企業(yè) Heliogen 公司開發(fā)的高溫太陽能技術(shù)，該技術(shù)利用人工智能控制鏡面網(wǎng)陣聚 集陽光來捕獲能量，然后通過產(chǎn)生的蒸汽提供熱力和電力 。2021年4月，英美資源集團 發(fā)布報告指出，從 2022 年起，其在南美洲的所有鐵礦石、鎳礦和銅礦業(yè)務(wù)將全部由可再 生能源提供電力。其中，法國 ENGIE集團的子公司 Engie Energía Perú 將通過 260 兆瓦 Punta Lomitas 風(fēng)力發(fā)電項目為秘魯Quellaveco 銅礦提供電力，意大利國家電力公司的子公 司 Enel Chile 將通過可再生能源發(fā)電項目為智利 Los Bronces 銅礦等提供電力 。

圖 1 Heliogen 基于鏡面網(wǎng)陣的高溫太陽能技術(shù)

　　四、方向升級革新促進礦山高效開發(fā)

　　（一）發(fā)展機械化裝藥系統(tǒng)、遠程起爆系統(tǒng)等前沿技術(shù)，改善爆破采礦作業(yè) 方式和安全性

　　爆破采礦作為金屬礦、非金屬礦等非煤礦山的主要開采手段，是利用炸藥爆炸瞬間釋 放大量高溫氣體并產(chǎn)生爆轟波，使礦巖脫離巖體并形成碎裂爆堆的采礦方法。傳統(tǒng)的地下 礦山三大采礦方法（空場采礦法、崩落采礦法、充填采礦法）主要是通過爆破采礦實現(xiàn)的。 盡管爆破采礦方法面臨生產(chǎn)作業(yè)不連續(xù)、安全風(fēng)險高和安全管理難度大、不利于礦山機械 化自動化智能化無人化發(fā)展等問題，但在目前乃至未來相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，爆破采礦仍 然是效率最高、最經(jīng)濟的礦山開發(fā)方式。

　　智利炸藥爆破技術(shù)企業(yè) Enaex 公司在 2020 年 12 月的 MassMin 2020 線上會議上指出， 爆破開采的未來重要發(fā)展領(lǐng)域包括三個方面，一是可泵送乳化炸藥的機械化作業(yè)對銨油炸 藥手動充填的替代；二是乳化炸藥或其他水基炸藥在地下礦山爆破中的大量應(yīng)用；三是爆 破過程的遠程化、自動化和機器人化 。

圖 2 Avatel 半自動化、全機械化地下礦山爆破解決方案

　　2020 年底， 澳大利亞炸藥爆破技術(shù)企業(yè) Orica 公司和安百拓聯(lián)合推出了全球首款雙臂、 半自動、全機械化炸藥輸送系統(tǒng)樣機 Avatel，集成了安百拓的 Boomer M2 掘進鑿巖臺車與 Orica 最新的爆破技術(shù)，可實現(xiàn)礦山開辟和生產(chǎn)爆破過程的自動裝藥和全無線遠程起爆 。 目前，正在安百拓位于瑞典的 Kvantorp 地下試驗礦山對 Avatel 進行性能驗證測試，包括鉆臂和導(dǎo)航系統(tǒng)測試，以保證精確且高效地裝填炸藥 。2021年4月，爆破解決方案服務(wù)企 業(yè) MAXAM 公司表示，自 2020 年推出 X-Energy 技術(shù)以來， 該公司一直致力于利用該技術(shù) 推進爆破作業(yè)的自動化和數(shù)字化。該項技術(shù)綜合了先進的爆破設(shè)計軟件及用于優(yōu)化爆破設(shè) 計和執(zhí)行的數(shù)字工具，可對礦山的每次爆破進行有針對性的設(shè)計和實施，并將其與下游作 業(yè)的要求相結(jié)合，有助于實現(xiàn)更好的安全性、更優(yōu)化的巖石破碎、更高效的能源利用以及 更低的礦山運營成本 。

　　（二）創(chuàng)新開采工藝和技術(shù)裝備，提升礦山采掘效率

　　大規(guī)模開采方法，例如分塊崩落或分段崩落，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本和高效率的礦石開采， 但這些方法具有較高的資本成本和風(fēng)險。其中，分段崩落法要求提前許多年進行礦山規(guī)劃 和決策。此外，由于普遍存在的高應(yīng)力條件，分塊崩落和分段崩落很難應(yīng)用于深部礦床的 開采。另外，由于缺乏靈活性，一旦開始礦山開發(fā)，就很難根據(jù)采礦經(jīng)驗和當(dāng)時的條件調(diào) 整礦山布局和采礦順序。2021 年 5 月， LKAB 宣布將與奧地利萊奧本礦業(yè)大學(xué)在 Kiruna 礦 對共同開發(fā)的天井崩落采礦方法進行大規(guī)模測試。與分段崩落法不同，天井崩落法從下至 上開采礦體，這一技術(shù)轉(zhuǎn)變可提供多種優(yōu)勢，例如將礦震事件控制在預(yù)先確定的區(qū)域，通 過避免礦石貧化來提高礦石產(chǎn)量并大幅減少廢石量，通過減少基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和地下巷道掘 進來提高開采效率

圖 3 小松的 MC51 硬巖采礦機

　　如前文所述，爆破采礦仍然是效率最高、最經(jīng)濟的礦山開發(fā)方式，但其面臨生產(chǎn)作業(yè)不連續(xù)、安全風(fēng)險高和安全管理難度大、不利于礦山機械化自動化智能化無人化發(fā)展等問題，因此針對地下金屬礦山的連續(xù)開采提出了硬巖機械采礦概念，以小松等為代表的原始 設(shè)備制造企業(yè)正在持續(xù)推進相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。其中，小松原計劃于2021年4 月前在淡水河 谷位于加拿大的 Garson 銅 - 鎳 - 鉑族金屬礦進行 400 米硬巖機械采掘試驗。通過該試驗評 估 MC51 硬巖采礦機是否可以提高切削速率，量化每米切削巖石的成本并將其與爆破采礦 方法進行比較，以及研究新工藝的安全性和可持續(xù)性。試驗結(jié)果將確定 MC51 硬巖采礦機 的優(yōu)勢是否足以使機械采礦方法成為已有百年歷史的爆破采礦方法的有益補充。

　　五、技術(shù)裝備和工藝流程創(chuàng)新促進礦物回收高效環(huán)保

　　（一）利用先進傳感器的礦石揀選技術(shù)，成為增加可采資源量和減少廢石處 理量的有效手段

　　礦石揀選技術(shù)是利用原礦中礦石與廢石在光學(xué)性質(zhì)、電性、磁性、放射性和輻射特性 等物理特征的差異通過檢測進行分離的一種物理選礦方法。近年來，隨著 X 射線熒光、X 射線透射、激光誘導(dǎo)等傳感檢測技術(shù)的發(fā)展，基于先進傳感器和人工智能的礦石揀選技術(shù) 的主要優(yōu)勢體現(xiàn)在四個方面， 一是通過提前剔除礦石中的部分廢石， 可以提高礦石入選品位， 減少礦石品位波動， 顯著減少下游加工礦石量和提升選廠進料質(zhì)量， 從而提升選廠生產(chǎn)能力、 降低選廠設(shè)備損耗、節(jié)約水電藥劑消耗和減少細粒尾礦產(chǎn)出量；二是可降低采出礦石邊界 品位，擴大礦產(chǎn)資源儲量，延長礦山服務(wù)年限，不必采用低效率的選擇性開采方法，從而 提高采礦效率； 三是如果在靠近采掘工作面處進行礦石揀選， 可將揀出廢石用于井下充填， 從而大幅減少礦石提升和運輸成本以及地面堆場成本； 四是通過與自動化、智能化技術(shù)結(jié)合， 可提高生產(chǎn)效率和礦石入選品位，從而提高礦業(yè)企業(yè)整體經(jīng)濟效益。

　　MineSense 公司利用 X 射線熒光傳感器開發(fā)的礦石揀選解決方案旨在充分利用采掘工作 面的非均質(zhì)性特征，在提高礦石回收率的同時盡量減少礦物加工階段對廢石的處理，從而 提高礦山的盈利能力。2020 年，MineSense 為加拿大 Copper Mountain 銅礦的 3 臺鏟車的鏟 斗安裝了 ShovelSense 礦石揀選系統(tǒng)。在礦石裝載過程中， ShovelSense 系統(tǒng)可實時地逐鏟提 高礦體可見度，使運輸卡車根據(jù)礦石分析結(jié)果自動行駛到正確的處理位置。2021年MineSense計劃為 Copper Mountain 礦的其余兩臺礦鏟安裝 ShovelSense 系統(tǒng)，并將首次嘗試 安裝和測試 BeltSense 系統(tǒng)。BeltSense 系統(tǒng)是基于輸送機的礦石揀選解決方案，可以單獨使 用，也可以與 ShovelSense 系統(tǒng)結(jié)合使用，以最大限度地提高礦石分選效果 。

　　（二）綠色節(jié)能降耗，需要工藝和技術(shù)設(shè)備的持續(xù)創(chuàng)新

　　氰化法是貴金屬提取的主要工藝，但氰化物毒性高，具有嚴(yán)重的環(huán)境風(fēng)險。硫脲、硫代硫酸鹽、鹵化物、多硫化物和石硫合劑等作為非氰浸出劑得到了廣泛研究，但這些藥劑 通常存在普適性不高和浸出效果不如氰化工藝的問題， 因此研發(fā)對礦石性質(zhì)普適性強和浸 出效率高的非氰浸出劑仍然是貴金屬無氰浸出的重方向。澳大利亞科廷大學(xué)西澳礦 業(yè)學(xué)院的近期研究發(fā)現(xiàn)，在工藝過程中添加高錳酸鉀可以解決目前與利用甘氨酸（不含氰 化物）的金浸出工藝相關(guān)的問題，例如需要更高的溫度、甘氨酸濃度和氧氣添加量。通過 在堿性甘氨酸系統(tǒng)中添加低濃度高錳酸鉀，能夠在室溫條件下從礦石中浸出 85.1% 的金， 效果與傳統(tǒng)氰化法相當(dāng)。2021 年 1 月，Newlox Gold Ventures 宣布其子公司對用于高品位 金礦樣品的新型有機王水金浸出技術(shù)的第一階段測試取得了出色效果。測試結(jié)果分析表明在環(huán)境溫度下可實現(xiàn) 94.68% 的金屬回收率，在 80℃條件下可實現(xiàn) 100% 的金屬回收率 。

　　粗顆粒浮選的上限一直是礦業(yè)行業(yè)面臨的一項長期挑戰(zhàn)，因為太粗而無法浮選的顆粒通常占流失到尾礦中的金屬和礦物價值的 4%。粗顆粒浮選回收技術(shù)可以在保證目標(biāo)礦物選 礦回收率的條件下浮選比常規(guī)浮選顆粒粒度大兩到三倍的原料，從而降低礦石碎磨成本、 減少能耗和碳排放、提高選廠處理能力以及改進尾礦和水資源管理。2021 年 2 月，英美 資源集團獲批在秘魯正在開發(fā)的 Quellaveco 銅礦項目建設(shè)粗顆粒浮選回收廠，將通過篩出 粗顆粒脈石干式堆放砂石廢料以及最大限度地減少傳統(tǒng)尾礦的產(chǎn)生和總體耗水量，來提 高產(chǎn)量和生產(chǎn)力水平，并同時降低環(huán)境影響。英美資源集團此前已在智利的El Soldado礦進行了全尺寸示范工廠建設(shè)，采用了Eriez 公司的 HydroFloat 粗顆粒浮選回收技術(shù)，利用世界上直徑最大（5 米）的 HydroFloat 浮選槽可實現(xiàn)對該選廠磨礦機產(chǎn)出物料的全部處理。

　　（三）數(shù)字化驅(qū)動下的先進過程控制，將實現(xiàn)選礦設(shè)備和工藝流程的動態(tài)控 制與持續(xù)優(yōu)化

　　數(shù)字化為選礦技術(shù)設(shè)備和工藝流程的創(chuàng)新發(fā)展提供了重要機遇，選廠可以利用人工智 能技術(shù)進行生產(chǎn)運營，從而實現(xiàn)動態(tài)控制和持續(xù)優(yōu)化。美卓前首席數(shù)字官 Jani Puroranta 指出， 先進過程控制和預(yù)測性維護是選廠數(shù)字化的兩個關(guān)鍵領(lǐng)域。其中，先進過程控制是一種整 體方案，既可以識別出工廠的限制條件，也可以利用軟件在每次設(shè)定點自動做出正確決定 并執(zhí)行操作，以實現(xiàn)接近限制條件的穩(wěn)定生產(chǎn)。

　　FLSmidth 公司是先進過程控制領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)之一，最近宣布對其先進過程控制系統(tǒng)進行了重大升級，推出了最新版本的先進過程控制解決方案——ECS/ProcessExpert （PXP）V8.5 系統(tǒng)，集成了新的人工智能認知技術(shù)及相關(guān)功能，能夠?qū)Σ豢煽炕螂y以獲取的過程數(shù) 據(jù)信號進行預(yù)測性建模，之后應(yīng)用預(yù)測的數(shù)據(jù)信號模型創(chuàng)建一個更加精準(zhǔn)的模型和實際過 程條件的控制器，這更有利于工廠維持最佳設(shè)定值，并對可能導(dǎo)致不良情況的條件做出快 速反應(yīng) 。2021 年 5 月，英美資源集團發(fā)布了有關(guān)其礦業(yè)科技研發(fā)部署及能源戰(zhàn)略最新情 況的報告。該報告指出，通過應(yīng)用先進過程控制，其選廠的某些工藝過程實現(xiàn)了自動化控制。 其中，巴西 Minas Rio 鐵礦通過對浮選流程的先進過程控制，使其穩(wěn)定性提高了 48%，礦石處理能力提高了 4%，而在智利 Los Bronces 銅礦，通過對半自磨機的先進過程控制，使其 處理穩(wěn)定性提高了 32%，每噸礦石的磨礦能耗降低了 17% 。

　　六、展望

　　當(dāng)今全球礦業(yè)行業(yè)面臨許多重大挑戰(zhàn)，如傳統(tǒng)風(fēng)險（礦產(chǎn)品價格、可采儲量）以及與 網(wǎng)絡(luò)安全、水和能源獲取、健康和安全問題、氣候變化和其他各種因素相關(guān)的風(fēng)險，因此 礦業(yè)行業(yè)需要轉(zhuǎn)型升級， 而新冠肺炎疫情的爆發(fā)加速了行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的迫切性。總的來說， 礦業(yè)轉(zhuǎn)型升級在科技創(chuàng)新領(lǐng)域主要集中在三個方面——電氣化、數(shù)、

　　字化和自動化。電氣化 趨勢將幫助礦業(yè)企業(yè)提高安全性、降低成本和減少化石燃料造成的溫室氣體排放。數(shù)字化 趨勢將幫助企業(yè)提高生產(chǎn)力，同時以可持續(xù)的方式開發(fā)礦產(chǎn)資源并降低投資成本。據(jù)估計， 到 2025 年，礦山數(shù)字化通過提高生產(chǎn)力、減少浪費并確保礦山安全可創(chuàng)造 3700 億美元的 價值。自動化趨勢也將提高企業(yè)生產(chǎn)力和保障人員安全。因此，以實現(xiàn)電氣化、數(shù)字化和 自動化為目標(biāo)的技術(shù)裝備創(chuàng)新發(fā)展、生產(chǎn)運營智能低碳以及經(jīng)營管理高效優(yōu)化，正成為礦 業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的新范式。數(shù)字化是前沿技術(shù)在礦業(yè)領(lǐng)域廣泛有效應(yīng)用的基礎(chǔ)，將成為礦業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵，不 僅將幫助企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)運營流程和最大化現(xiàn)有資產(chǎn)的價值，還將幫助企業(yè)在優(yōu)化設(shè)備投資 的同時確保人員安全 。以礦山開發(fā)為例，數(shù)字化驅(qū)動下的前沿技術(shù)應(yīng)用主要分為三類： 一 是建立數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的技術(shù)，涉及智能傳感器、可穿戴設(shè)備、全球定位系統(tǒng)、無人機等，旨在 獲取海量和實時數(shù)據(jù)；二是進行大數(shù)據(jù)集成 / 追蹤的技術(shù)，涉及物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、射頻識 別和實時定位系統(tǒng)標(biāo)簽等，旨在實現(xiàn)運營管理一體化及實時決策，從而提高生產(chǎn)運營效率；

　　三是實大數(shù)據(jù)利用的技術(shù)，涉及機器學(xué)習(xí)、先進數(shù)據(jù)分析、硬件（設(shè)備） 遠程 / 自主操控、 機器人流程自動化、軟件自動化、云計算等，旨在利用獲取的數(shù)據(jù)信息優(yōu)化作業(yè)流程。

　　礦業(yè)行業(yè)在經(jīng)歷了對其生產(chǎn)運營造成嚴(yán)重影響的新冠肺炎疫情之后，將會充分認識到 數(shù)字化轉(zhuǎn)型對企業(yè)在生產(chǎn)能力、盈利能力、效率、安全性及應(yīng)對突發(fā)事件等方面的積極影 響 ， 主要體現(xiàn)在以下四個方面：

　　一是利用先進傳感器的部署， 通過固定監(jiān)測設(shè)備、可穿戴 設(shè)備、移動采礦設(shè)備、礦物加工設(shè)備、無人機等載體獲取礦業(yè)企業(yè)生產(chǎn)運營數(shù)據(jù)，為企業(yè) 利用數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理和存儲技術(shù)建立經(jīng)營管理所需的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)提供支持；

　　二是利用高質(zhì) 量數(shù)據(jù)的處理、分析和解釋，通過確定已出現(xiàn)問題的原因，或通過預(yù)測可能出現(xiàn)的問題并 避免其的發(fā)生，為企業(yè)利用機器學(xué)習(xí)、預(yù)測性分析等技術(shù)優(yōu)化生產(chǎn)運營等方面提供支持；

　　三是利用數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，通過實時信息傳輸、機器設(shè)備與人之間的數(shù)據(jù)交換、機器 對機器通信等，為企業(yè)利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)流程自動化、提高生產(chǎn)運營效率等方面提 供支持；

　　四是利用生產(chǎn)運營流程的自動化，通過機器設(shè)備的遠程、半自主和自主操控，為 企業(yè)消除人為操的不一致性導(dǎo)致的生產(chǎn)率變化、計劃外停機、能源過度消耗、安全生產(chǎn) 風(fēng)險，以及延長機器設(shè)備運行時間和減少現(xiàn)場工作人員等方面提供支持。