2025冶金科学技术奖简介 | 大型露天矿分期优化-智能开采-安全防控关键技术及应用

1.项目的总体攻关思路

大型露天矿分期开采优化设计—智能化无人生产管控—边坡灾变监测防控为主线，从露天矿分期数分期境界最终境界、车-路-云-面协同的露天矿无人采矿与智能管控技术研发、边坡稳定性算法-控制开采技术-滑坡分级预警这大方面的关键技术问题入手，创立大型露天矿分期优化-智能生产-安全防控一体化关键技术体系，为我国露天矿绿色、低碳、高效、智能、安全开采提供新思路、新模式。

2.创新点描述

2.1 科技创新（一）

率先提出了大型露天矿分期规划中三大要素的整体优化理论、方法、数学模型和算法。首次提出了分期数、分期境界和最终境界分期方案要素均作为决策变量，进行整体优化，从而突破一直以来“先优化最终境界，而后在最终境界中进行分期划分”的传统模式，克服这一模式得不到全局最优方案的不足，成功解决了大要素的整体优化难题使分期分案更为科学。

2.1.1 该创新点主要内容

（1）首次创立了大型露天矿分期开采整体优化理论体系。针对露天开采整体优化难题，引入“地质最优候选境界”概念，以总净现值（NPV）最大为优化目标，提出了最终境界、分期数分期境界三大要素整体优化定理，实现了不以任何一个要素的已知（或事先优化）为前提，同时求得大要素最优解的目标。

（2）构建了大型露天矿分期开采方案整体优化数学模型及算法体系。基于浮锥排除法原理，以最终帮坡角为约束条件，建了“地质最优候选境界序列”的生成算法，把无限的寻优空间转化为有限的寻优空间；以总NPV最大为目标函数，构建了露天矿最终境界、分期数分期境界整体优化数学模型和求解算法。

）研发了大型露天矿分期开采方案整体优化软件系统。研发了矿床数值建模、露天矿分期方案优化、采剥计划优化、多分期露天采场过渡境界和运输道路系统设计、剥岩内排综合设计等一系列软件集成系统，实现了地质、市场、设备、技术经济参数动态变化下的开采方案动态优化。

2.1.该创新的使用情况和效果

该创新技术应用后，矿山前期剥采比降低50%以上，总体剥采比降低20%以上；部分矿山提前年实现内排；仅南芬露天铁矿优化后的三期境界的矿岩量跟原三期境界相比，地质矿量增加了1271，扣除开采损失贫化后，增加成品矿石量1201万吨平均运距减少1.53km；歪头山和成远共计实现内排量10133.5万吨；碳排放降低30%以上。

2.科技创新（

首次研发了车-路-云-面协同的露天矿无人采矿与智能管控技术。开展了多源时空数据融合的地图实时更新技术，解决了影响无人驾驶作业效率的区域靶向更新与增量动态分发等难题；研发了基于无人驾驶路侧设施-云平台-工作面协同的新能源矿无人驾驶技术，解决了无人驾驶矿卡复杂环境适应性和精准控制等难提出了分布式无人驾驶系统技术架构和无人矿卡混编、有人/无人混行调度算法，构建了多节点动态均衡分布式架构；研发了露天矿无人开采与智能管控一体化平台实现了常态化规模化生产作业

2.2.1 该创新点主要内容

研发了多源时空数据融合的地图实时更新技术提出了基于兴趣区域的众源采集与地图数据靶向更新技术，实现了露天矿地图的快速更新与作业区域等的实时监测；研发了高倍率地图数据压缩编解码技术，实现了低算力车云交互数据量大幅压缩开发动态差分技术，通过增量分发技术按需实时推送

2）研发了矿区复杂道路条件下矿车无人驾驶技术。研发了露天矿区的地图实时更新、多源融合感知、结构化入换、安全运行技术以及高精度横纵向车辆控制、多车行驶路径交互条件下自主协同决策技术解决了新能源矿车能源消耗与续航难题实现露天矿无人采矿与无人驾驶运输常态化安全高效运行。

研发了露天矿无人开采与智能管控一体化平台。研制了车辆远程操控驾驶舱、挖机远程操控驾驶舱，以及基于5G车联网的无人装-运-卸无人化智能控制技术平台，构建了露天矿智能化常态化运行模式实现了采装、运输、卸载全流程全要素实时数据融合互通、实时综合管控、实时智能决策，发展了新质生产力。

2.该创新的使用情况和效果

该创新技术，目前已经落地应用于全国十大露天煤矿中的多座，实现了19个露天矿超过800台无人驾驶新能源线控矿卡常态化安全运行规模化无人驾驶效率约95在天池能源南露天矿，无人驾驶车辆达到了243台，运输里程达到1386.1万公里，运输趟次172.7万趟，运输方量7021万方，无人驾驶实际运营里程行业第一，超越FMG Chichester单矿108辆的纪录，成为新的全球第一，实现全面引领，减少碳排放30%以上与国内多个主流OEM厂商联合研制10余款无人驾驶新能源线控矿卡等智能装备，在新疆、内蒙、福建、山东、河北、四川设立了运营示范基地。

2.科技创新（

创立了大型露天矿滑坡地质灾害全过程精准化防控技术。率先提出了露天矿平面非规则形态边坡三维稳定性分析方法体系，完善了露天矿边坡稳定性分析理论，为实现边坡稳定性精准化分析评价与治理提供了科学手段；建立了露天矿深部强排陡帮边坡稳定控制开采技术，可实现边坡稳定性精准化设计、治理与深部资源安全高效绿色开采。首创了基于表面与深部位移监测信息协同的滑坡预警理论体系，可实现滑坡的启动预警、加速预警和临滑预警等三级精准化预警。

2.3.1 该创新点主要内容

创建了平面非规则形态边坡三维稳定性精准化分析方法体系将露天矿边坡的非规则平面形态划分为曲线形折线形“几”字形种；基于参数等效与极限平衡理论，分别提出了各种非规则形态边坡的三维稳定性计算方法，首次揭示了平面形态对边坡三维稳定性的影响。

2）创建了露天矿强排陡帮深部边坡稳定控制开采技术体系首创了“强内排、陡边坡、短运距、少扰动”设计理念及基于稳定性时间与空间效应的露天矿边坡设计类四维法提出了内排土场基底分区精细化处治技术，建立了内排空间利用最大化的排土线布置方法

）建立了基于表面与深部位移监测信息相协同的滑坡预警理论体系。提出了基于假设检验原理的滑坡非线性阶段转化判据，建立了系统聚类-加权马尔可夫链耦合临滑预警模型，分析了滑坡表面与深部位移演化的非线性、随机性以及二者对于滑坡的敏感性差异，提出了滑坡启动、加速与临滑三级预警与滑面超前辨识方法。

2.该创新的使用情况和效果

该创新技术，推广应用于塔尔煤田Ⅱ区块露天煤矿、国能宝日希勒能源有限公司、扎鲁特旗扎哈淖尔煤业有限公司等国内外 40 余座露天矿部分露天矿深部边坡角加陡3-23°，近三年扩大境界内可采储量1.1；约2.5剥离物由外排转为内排，累计缩短剥离运距80km以上有效规避了滑坡灾害及其带来的损失抚顺矿业集团有限责任公司西露天矿等矿山企业采用本项目提出的滑坡分级预警体系，提前12小时实现了成功预警，有效规避了灾害性事故的发生及滑坡灾害造成的地质环境灾害影响。

产剥采比由原来的2.32m/t降为1.23m/t减少外排量4210，运距年平均缩短3.1km

3.成果推广应用情况

）基于大型露天矿分期优化理论，依托国家联合基金“新疆大型露天矿绿色安全高效开采技术”，新疆大批量大型露天矿生态化开采中推广应用

目前已经落地应用于全国十大露天煤矿中的多座，实现了19个露天矿超过800台无人驾驶新能源线控矿卡常态化安全运行易控智驾提供矿卡电动化、线控系统、智能化核心技术能力，与国内多个主流OEM厂商联合研制10余款无人驾驶新能源线控矿卡等智能装备

）大型露天矿滑坡地质灾害全过程精准化防控技术，推广应用于塔尔煤田Ⅱ区块露天煤矿、国能宝日希勒能源有限公司、扎鲁特旗扎哈淖尔煤业有限公司等国内外40余座露天矿。

4）典型案例入选国家矿山安全监督局、工业和信息化部《矿山领域机器人典型应用场景名单》《新疆矿山安全先进适用技术及装备推广目录》、2024年人工智能赋能新型工业化典型应用案例等。

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