辽宁科技大学柳小波团队：我国金属矿山智慧化转型思路与模式

数字化、智能化技术是推动传统矿山转型升级的关键。作为世界上重要的金属矿产供应国之一，我国在全球金属矿山行业中占据重要地位。然而，国内金属矿山普遍面临诸如资源保障能力不足、对外依赖程度高、资源开发利用效率低下、产业集中度不够、安全隐患显著以及环境保护压力增大等挑战。亟需通过技术创新来提升生产效率，优化资源配置，强化环境保护措施，确保安全生产，并借助数字化与智能化手段促进产业升级与转型，打造矿山行业新质生产力

辽宁科技大学柳小波团队：分析了当前我国金属矿山高质量、可持续发展面临的多重挑战和新机遇，认为现阶段挑战在于：统一顶层设计缺失与发展布局规划不足，局部优化、分割而治、管理手段落后，工艺技术手段落后，新技术应用深度与广度不足，我国金属矿山发展迎来的新机遇包括国家资源战略规划引导和支持力度空前“绿水青山就是金山银山”理念倒逼资源开发技术与管理的变革与突破、新兴技术引入和创新为矿山发展注入强劲动力，认为智慧化转型是打造矿山行业新质生产力的必由之路。

提出了资源、管理、技术三位一体的矿山智慧化转型思路，建立了以点突破、线联动、面覆盖的智慧矿山建设创新模式，同时分析了团队与鞍钢矿业在采矿作业无人化、地质资源数字化等方面研究和实践成果。最后分别从企业、行业和国家层面对我国金属矿山智慧化转型进行了展望

相关成果以《我国金属矿山智慧化转型实践与展望》为题，发表于《金属矿山》2025年“矿业青年科学家”专题（2025年第5期），作者来源于辽宁科技大学智慧矿山研究院、北京科技大学矿产研究院、鞍钢集团矿业有限公司、东北大学资源与土木工程学院、北京科技大学土木与资源工程学院。

1、战略、管理、技术三位一体的矿山智慧化转型思路

资源战略引领、管理创新驱动、技术智慧赋能三位一体，是推动智慧化转型的必要保障，是构建现代化矿业新生态的核心要素。

战略、管理、技术三位一体的矿山智慧化转型思路

»»»资源战略引领

立足资源战略、制定标准，做好顶层设计。为实现产业高质量发展，必须加强战略引领作用，做好顶层设计。需要从国家战略高度出发，立足资源战略，树立国际视野，拥有战略思维；要科学统筹规划，坚持系统化思维；要制定统一的标准，建立规范的智慧矿山分级评估体系；进一步打造一系列示范性基地和标杆项目，促进矿产资源开发的高质量发展。

围绕“双碳”目标、优化布局，实现绿色发展。围绕“碳达峰、碳中和”这一历史性任务，矿产资源开发统筹规划，优化布局，要坚持把绿色低碳发展的理念融入企业经营生产的全过程。需要做到：高站位，把握国家资源战略内涵，积极主动谋求转型升级；高起点，规划矿业“双碳”技术体系，打造创新平台；高标准，推进新一轮找矿行动、矿山绿色开采、智能开发进程，夯实矿业高质量发展基础。

全面挖潜增效、重点突破，服务发展大局。矿山智慧化转型要系统化的对标分析，聚焦关键领域的突破；要推进全面的战略合作，实现互惠共赢；要强化工程项目管理，追求整体效益最大化；要优化运营模式，提高成本控制能力；要细化专业管控措施，增强创造效益的能力；要深化创新机制，促进供应链与产业链的协同发展。

坚持创新驱动、激发活力，助推转型升级。矿山智慧化转型要始终坚持创新驱动，加速技术进步，激发主体活力；要加快推进创新成果产业化，培育新的竞争力；要强化企业在创新活动中的核心地位，构建完整的科技创新体系；要完善人才培养和发展机制，激发团队的创新活力；要加大科研资金的投入力度，增强企业的技术创新能力；要深化产业与教育的融合，建设高水平的科技创新平台；要加快新技术的集成与应用，推动矿业智慧化转型。

»»»管理创新驱动

管理体制机制改革。为了充分发挥矿业对经济社会发展的支撑作用，并推动矿业高质量发展，关键在于改革现有的管理体制机制，优化生产组织架构。通过健全管理制度，构建规范、持续、高效的创新管理体系，为管理创新规范运行提供制度和机制保证。

工程管理模式创新。以矿冶“五品联动”系统工程理论为指导，从矿冶工程等流程工业的矛盾和问题分析入手，对其管理关键问题进行系统研究。将包含地质工程、采矿工程、配矿工程、选矿工程、冶炼工程在内的矿冶工程看作一个整体，统筹考虑地质品位、采矿品位、入选品位、精矿品位和入炉品位5种品位，以矿冶工程的总成本为目标，以集成优化的矿冶“五品联动”工程管理模式为导向，从管理理念、理论基础、理论构建、建模方法、评价工具、关键指标成本联动优化方法等方面，构建适合我国矿冶特点的系统创新模式。

管理技术手段变革。通过运用大数据、云计算、区块链及人工智能等前沿技术，推动矿冶工程管理手段、管理模式和管理理念的创新，从数字化逐步过渡到智能化，最终实现智慧化管理。构建“管理驾驶舱”，支持智慧决策，不仅是智慧矿山建设达到高级阶段的具体表现，也是推动矿业高质量发展和行业转型的关键路径。

»»»技术智慧赋能

以工业互联网为平台，构建“端—边—网—云”一体化技术架构。工业互联网平台通过整合“端—边—网—云”各技术层级，推动矿山智能化与自动化进程。该架构将矿山设备、传感器、数据处理、云计算等多个要素有机结合，形成高效的协同工作模式。通过边缘计算进行就地处理，减少延迟；网络层负责数据传输；云平台则提供强大的计算能力和数据分析支持。这一架构不仅能提升生产效率，还能实时监测和预警设备故障，确保矿山生产的安全和连续性，推动矿山管理向智能化、数字化方向发展。

以数字孪生为基石，构建矿山全生命周期智慧生产系统数字孪生技术通过建立矿山生产全过程三维孪生模型，在全生命周期内实时模拟、预测和管理矿山的生产运营情况。一方面，数字孪生技术能够将现实中的矿山状况精准地映射到孪生模型中，帮助管理者掌握矿山的设备状态、资源消耗和环境变化等关键数据。另一方面，该技术还能基于孪生模型向实际生产过程提供反馈，矿山可以提前预判设备故障、优化采矿策略，提升作业效率。它还支持模拟不同开采方案的实践效果，减少不确定性因素对生产带来的影响，确保生产安全性、稳定性，并为绿色、智能的矿山生产提供技术支撑。

以人工智能为引擎，构建矿业智能决策大模型。人工智能技术的发展为矿山行业带来了新的变革，通过构建矿业智能决策大模型，企业可以更好地应对复杂多变的生产环境。该大模型整合了海量的矿山生产数据，并通过机器学习算法进行深度分析，帮助管理者在生产规划、资源配置、设备维护等关键决策中提供有力的支持。人工智能模型不仅能识别生产过程中的潜在问题，还能优化操作流程，进而提升生产效率，降低风险和成本，确保矿山在高效、安全运行的同时，实现智能化转型。

融合物联网等新技术，研发矿业智能化装备。融合物联网等新兴技术，将矿山设备、传感器、控制系统互联，形成一个具有感知、传输、决策和执行能力的智能网络。这种网络能够实时采集并传输设备运行数据，进而通过智能控制系统进行优化管理。基于此，矿山智能化装备如无人采矿车、自动钻机等可以在复杂的地形和环境中实现自主作业，大幅提高生产效率，同时提升作业的安全性与可持续性。

2、点突破、线联动、面覆盖的智慧矿山建设创新模式

该模式内涵包括：点突破阶段主要集中在解决矿山生产中的具体技术瓶颈问题上；线联动阶段要实现矿石流、信息流和能量流的有效协同，意味着不仅要确保数据能够顺畅地在不同系统之间传输，还要实现资源的最佳配置；当单个环节和技术流程得到优化之后，最终目标是实现矿山整体的智能化，即面覆盖

点突破、线联动、面覆盖的智慧矿山建设创新模式

»»»点突破——技术瓶颈攻关

点突破阶段通过精准识别并解决生产过程中存在的关键技术瓶颈问题。作为智慧化转型的基础，该阶段通过系统化的技术诊断与分析，找出影响生产效率和安全性的关键因素，并采取针对性的技术措施进行攻关

具体方法包括：运用专业的工具和技术手段对矿山生产流程进行全面梳理，识别出限制效率与安全的主要问题，集中力量攻克诸如透明地质技术、井下精准定位导航技术、矿岩识别技术、采掘设备的姿态精准控制技术、智能穿孔爆破技术、电铲自主铲装技术、复杂条件下的无人驾驶技术、智能装备集群协同控制技术、灾害精准感知与预警技术，以及适用于矿山环境的工业软件等关键技术。同时，将工业互联网、大数据、云计算、人工智能、数字孪生等新技术与矿山开采深度融合，通过严格的验证程序确保技术的可行性和可靠性，并最终形成标准化模式，在行业内推广使用。

该方面的典型成果如下：

ⅰ针对地下矿山采准爆破区域无网络信号覆盖问题，鞍钢矿业开发了地下矿采准爆破区域弹性伸缩Wi-Fi机器人，实现了井下弹性无线网络信号动态覆盖功能，为地下采准爆破区域智能化设备运行提供了网络支撑，打通了采准爆破区域“最后一百米”的网络连接。

Wi-Fi机器人远程驾驶链路

ⅱ以矿山凿岩工序的少人化、无人化以及设备远程遥控为目标，鞍钢矿业设计研发了中深孔台车高效远程遥控和自动装卸杆解决方案与操作系统，实现了中深孔台车的地表远程遥控操作、自动装卸杆、中深孔井下高精度定位等功能。

中深孔台车地表远程钻孔作业

ⅲ基于无缝切换的通信网络、低延时的视频处理、激光扫描实时定位、车辆姿态控制等技术，鞍钢矿业开展了井下铲运机无人驾驶研究，实现了地下铲运机远程遥控、自主导向、自动倒矿等功能

井下铲运机无人驾驶运输作业

ⅳ本研究团队自主研发的通风传感设备和矿井通风环境在线监测系统，建立了通风模型，搭建了通风管理系统，通过进行井下通风数据和通风机工况信息的采集分析，完成通风集中化控制，风量、风速方向的智能化管控，从而实现按需通风

井下通风智能在线监测系统平台界面

»»»线联动——“三流”协同优化

线联动阶段是智慧矿山建设中的关键环节，其目标是在解决各作业环节的关键技术问题之后，通过矿石流、信息流和能量流的协同优化，实现全流程的高效运作。这一阶段不仅关注技术层面的集成，还强调管理流程的优化，以提升矿山整体运营效率和管理水平。“三流”协同指的是物质流（矿石流）、信息流和能量流的高效整合，而这些“流”的有效协同依赖于统一的技术标准。

基本内涵如下：

ⅰ从“矿石流”角度出发，需要对矿山生产的全流程进行智能化控制，涵盖矿山规划、地质建模、采掘计划、采矿设计等生产环节，以及凿岩、装药、爆破、通风、支护、出渣、放矿、铲装、运输、破碎、提升等众多作业工序。

ⅱ从“信息流”角度来看，要构建一个全面覆盖矿山生产全过程的信息网络平台，确保各个生产环节的数据能够被实时采集、传输、处理和分析，用于制定和执行科学合理的生产计划，并对执行结果进行验收评估。通过信息流的优化，可以实现采矿、提升、运输等工序之间的无缝协作，从而提高整体生产效率。并且，信息流的透明化还有助于加强矿山安全管理。

ⅲ从“能量流”角度出发，在整个矿山运营过程中，需要通过优化能源使用、提高设备能效、引入可再生能源等方式，确保能量流的高效和可持续，从而实现矿山能源使用的最优化管理，确保矿山运营过程中的绿色与可持续发展。

代表性应用成果案例包括：

矿山地质资源多工序数字化管理。鞍钢矿业建立了包括数字地质、数字验收、数字设计、数字计划等内容在内的地、测、采业务数据综合性管理系统，解决了矿山业务间的数据人工传递、不同步问题，实现业务间数据共享，降低了数据流转的时间成本，实现了设计图纸等各类数据传输的实时性、准确性，同时提高了地质、测量、采矿设计专业人员的工作效率。

矿山地质资源数字化技术

井下安全生产过程中危险源数字化管理。本研究团队通过打造矿山智慧安全管控平台，将矿山安全管理的流程、作业、规则沉淀在平台之上，实现数字化管理。典型成果如下

»针对地下矿机车行驶过程中脱轨事故发生频繁、维修成本高、影响施工进度等问题。本研究团队建立了机车行驶轨道磨耗识别模型，自动识别轨道磨耗类型、磨耗长度和磨耗程度，对磨耗阈值超限情况进行报警，提醒检修更换。

（a）轨道磨耗检测装置

（b）潜在碰撞体检测结果

地下矿机车轨道磨耗检测装置与潜在碰撞体检测结果

»以往井底装置检测均依靠人工巡检，但井底环境复杂，容易出现检测效率低、效果差、安全性不足等问题。因此本研究团队自主设计并开发了井底主要设备自动巡检方法、装置与系统

地下矿井底装备智能巡检系统

»传统的风险管控体系是对固有风险、动态风险进行辨识，但其管控程序复杂且时效性较低，难以实现信息共享。本研究团队自主设计并开发了地下矿山安全风险分级管控平台，指导人员在最短时间内采取最有效的灾害消除措施，高效实现逃生避灾线路指引。

地下矿山安全风险分级管控平台

»»»面覆盖——矿业新生态数智赋能

面覆盖阶段旨在通过全域覆盖、多工序集成、供应链优化以及生产—安全—环境一体化管理模式，构建一个完整和谐的矿业新生态。该阶段强调全域覆盖、多工序集成、供应链优化以及生产—安全—环境一体化管理模式的综合推进，实现从生产到安全再到环境保护的全面智能化管理，打造一个完整和谐的矿业新生态。该阶段不仅注重技术层面的全面集成，还强调跨部门、跨系统的协同合作，以实现矿山整体的智能化与可持续发展

针对金属矿山智能化“烟囱”式离散式的系统建设特点，本研究团队联合鞍钢矿业某地下矿山，以工业互联网为平台进行了系统化顶层设计，统一合理规划，设计了适合地下矿山生产与管理的智慧矿山建设业务架构，全面实现了多流程的打通。

某地下矿智慧矿山建设总体架构

“点突破——技术瓶颈攻关、线联动——‘三流’协同优化、面覆盖——矿业新生态数智赋能”的智慧矿山建设创新模式，不仅能够显著提升矿山整体运营效率与市场竞争力，还能够促进矿山可持续发展，同时为智慧矿山建设提供系统化的指导框架与创新模式。

3、矿山智慧化转型展望

在企业层面，未来智慧矿山将是高度智能的无人生产，采场内部实现全面无人化，所有的生产过程由机器设备自动运行实现；将是高效智慧的运营管控模式，矿山所有数据集成，实现矿山全生命周期的智能化决策和管理；将是高级可靠的安全保障，通过实时监测和预警等手段，从根源上防范矿山生产中的安全风险，实现本质安全；将是生态和谐的绿色矿山，采用低碳的电动装备，构建“矿山智能微电网”，减少对环境的影响和污染，实现零碳矿山建设目标

在行业层面，矿山发展正步入跨界融合与生态重构的新纪元。未来矿山行业将打破传统企业与领域界限，汇聚人才、技术、资本等多维资源，促进产业链上下游的紧密衔接与协同创新。这一过程将推动智慧矿业的全面形成，构建起标准统一、资源高效配置、服务开放共享、产业深度协同智慧矿业生态圈。这一生态圈的形成，不仅将加速矿业技术革新与产业升级，还将显著提升整个行业的竞争力与可持续发展能力。

当前我国矿产资源行业正处于高质量发展的关键时期，面临着挑战与机遇并存的局面，转型与发展的任务并行不悖。智慧矿山建设已成为必然趋势，迫切需要开展持续的技术攻关、突破关键技术瓶颈、自主研发核心装备，以保障我国矿产资源安全，在全球矿业市场中占据有利地位。国家层面可以通过制定相关政策和规划，明确智慧矿山的发展方向和目标，为行业发展提供清晰的指引；建立健全智慧矿山相关的法律法规体系，保障矿业持续健康发展；通过设立国家级重点实验室、工程技术研究中心等科研平台，集聚高水平的人才团队，开展基础研究和应用研究，解决智慧矿山建设中的核心技术难题；加强知识产权保护，鼓励技术创新，营造良好的法治环境

谱写矿业高质量发展的新篇章是一项艰巨的任务，需要全行业同仁共同努力。在这个新时期，矿业同仁们应当抓住发展的新机遇，团结协作、共同努力，为推动矿业高质量发展贡献力量，助力实现中国式现代化的伟大目标

作者简介

柳小波

辽宁科技大学教授、博士、博士研究生导师

现任辽宁科技大学智慧矿山研究院院长、千山湾矿业实验室执行主任，鞍山市科技局副局长（挂职）。主要从事矿山系统工程和智慧矿山关键技术研究。主持国家科技重大专项子课题、“十二五”国家科技支撑计划子课题、国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金青年科学基金项目、中国工程院重大咨询项目等纵向课题和企业横向课题等近30项。兼任全国专业标准化技术委员会委员、中国冶金矿山企业协会副秘书长，《Green and Smart Mining Engineering》《金属矿山》编委。

近年来，以系统工程思想为主导，集成构建了矿山全流程的智慧开发架构，以智慧矿山建设“点突破—线联动—面拓宽”系统研究方法为手段，形成了“数字开采理论创新—源头提质技术创新—工艺再造系统创新”的创新研究体系，研发了矿山典型场景数智技术与系统，并主持我国首个地下采选一体化矿山的硐室群设计、稳定性分析研究工作，提出了矿产资源地下采选一体化开采解决方案。相关研究成果获省部级科技进步一等奖7项；发表SCI、EI等高水平论文近百篇；授权发明专利15项；出版教材和专著3部，其中《数字矿山建设架构与关键技术》专著获批国家出版基金，并入选“十四五”国家重点出版物；编写国家/行业/团体标准14项。

成果阅读

柳小波，丛峰武，张宝金，马新博，陈晓云，张兴帆，王连成.我国金属矿山智慧化转型实践与展望[J].金属矿山，2025（5）：1-16.

《金属矿山》简介

《金属矿山》由中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司和中国金属学会主办，主编为中国工程院王运敏院士，现为北大中文核心期刊、中国科技论文统计源期刊（中国科技核心期刊）、中国精品科技期刊（F5000顶尖学术论文来源期刊）、中国百强报刊、RCCSE中国核心学术期刊（A）、中国期刊方阵双百期刊、国家百种重点期刊、华东地区优秀期刊，被美国化学文摘（CA）、美国剑桥科学文摘（CSA）、波兰哥白尼索引（IC）、日本科学技术振兴机构数据库（JST）等世界著名数据库收录。主要刊登金属矿山采矿、矿物加工、机电与自动化、安全环保、矿山测量、地质勘探等领域具有重大学术价值或工程推广价值的研究成果，优先报道受到国家重大科研项目资助的高水平研究成果。根据科技部中国科技信息研究所发布的《2024中国科技期刊引证报告（核心版）》，《金属矿山》核心总被引频次位列26种矿业工程技术学科核心期刊第1位；根据中国知网发布的《中国学术期刊影响因子年报》（2024版），《金属矿山》学科影响力位居73种矿业期刊第9位。

编排：余思晨

审核：王小兵

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