伴隨著淺部礦產資源開采程度的提高，我國礦山尤其是金屬礦山正逐步走向深部開采階段。但是，深部開采面臨著諸多環境和技術難題。對于正處于自動化向智能化過渡的國內礦山而言，綠色開采、深部開采是其未來發展中必然要考量的主題。而融合綠色開發、智能采礦在內的新理念、新模式、新技術創新，成為深部安全、高效、環保開采的關鍵。作為礦業未來發展的方向，智能采礦如何保障深部開采，將會在深部開采中開拓出怎樣的一條“通途大道”?

(一)深部開采，既是礦業發展的必然，也是探索深地奧秘、開拓深地礦床的前沿。

經過新中國成立以來60多年的勘查開采，我國淺部礦產資源逐年減少，開采深度在千米以內的金屬礦產資源正在逐步消耗殆盡。

礦產資源特別是金屬礦產資源開采正向深部全面推進，一些金屬礦山將逐步由千米以內向1500米及以上深井發展。統計顯示，2000年以前，我國只有2個金屬礦山開采深度達到1000米。進入21世紀以來，其發展速度很快，目前已有16座地下金屬礦山采深達到或超過1000米。其中，吉林夾皮溝金礦、云南會澤鉛鋅礦和六苴銅礦、河南靈寶釜鑫金礦均超過1500米。

此外，全國找礦突破戰略行動通過在整裝勘查區、礦山深邊部找礦，發現了多個深井礦床，例如思山嶺鐵礦、濟寧鐵礦、大臺溝鐵礦、陳臺溝鐵礦、瑞海金礦、三山島金礦西嶺礦區等。

有專家預測，我國將有近30余座金屬礦山進入地下1000米以下深度開采，其中有近10座礦山將進入1300~2000米深度開采;未來5~10年，將有1/3以上的礦山進入1000米以深的開采深度。

但是，深部開采作為礦業發展的前沿領域，也面臨著諸多挑戰。

深部巖體地質力學特點決定了深部開采與淺部開采的明顯區別在于深部巖石所處的特殊環境，即“三高一擾動”的復雜力學環境，使得諸多關鍵難題需要破解——一是深部高應力問題。深部高應力可能導致破壞性的地壓活動，包括巖爆、塌方、冒頂、突水等由采礦開挖引起的動力災害。二是巖性惡化問題。淺部的硬巖到深部變成軟巖，彈性體變成潛塑性體，這給支護和采礦安全造成很大負擔，嚴重影響采礦效率和效益。三是深井高溫環境問題。巖層溫度隨深部以1.7℃/100米~3.0℃/100米的梯度增加。深井的高溫環境條件嚴重影響工人的勞動生產效率，而為了進行有效降溫，又必將大大增加采礦成本。而隨著開采深度的增加，礦石和各種物料的提升高度顯著增加，提升難度和提升成本大大增加，并對生產安全構成威脅。

同時，超大規模超深井開采中涉及安全生產的建井施工、采礦工藝、提升運輸、通風降溫、充填、巖移預測等重大問題的解決，離不開深井提升鋼絲繩檢測裝置、大處理能力的尾礦濃縮貯存裝置、超大規模金屬礦井運輸智能控制系統等關鍵裝備的研發應用;深部金屬礦山開采相關技術標準也有待建立和完善。

這些深部開采中的關鍵難題，同時也是未來智能采礦中需要面對和處理的核心問題。

此外，我國礦山面臨的來自礦業市場、轉型發展以及國家安全環保政策方面的壓力與挑戰，也促使其通過提升機械化、自動化、智能化水平，以提高生產效率和資源利用率，在推進“機械化換人、自動化減人”，建設地下礦山安全避險“六大系統”、“尾礦庫安全在線監測系統”等的過程中，提升整個礦山的現代化水平。

(二)針對礦山開采面臨的新形勢和新挑戰，業內專家提出了一條解決途徑——智能礦山。這也是礦山未來發展的詩與遠方。

北京礦冶研究總院張元生教授認為，“智能礦山”是“工業化”與“信息化”的有機結合和新的發展階段，是“互聯網+礦山”的本質體現，其終極目標是實現“無人采礦”。“智能礦山”是采用人工智能、物聯網、云計算、大數據、地理信息技術(RS\GIS\GNSS)、虛擬現實(VR)、智能機器人、軌道交通技術、無線通信技術、自動控制、計算機軟件、移動互聯網、高端裝備制造等高新技術，應用于礦山生產各個作業環節，實現礦山全流程、全生命周期的數字化與智能化。

所謂智能采礦，就是在礦床開采中，以開采環境數字化、采掘裝備智能化，生產過程遙控化、信息傳輸網絡化和經營管理信息化為特質，以安全、高效、經濟、環保為目標的礦業工程。

從運行模式上看，“智能礦山”應該是生產管理遠程化、遙控化、無人化，采礦作業智能化，選冶過程自動化，運輸調度無縫化。

當前，我國智能礦山技術發展主要體現在綜合調度中心、資源管理系統、智能裝備、泛在信息智能采集與傳輸、智能化采礦爆破技術與裝備、地下空間高精度定位與導航、智能生產調度與控制平臺、礦山安全智能化監測預警系統等方面。

其中，在智能裝備方面，智能鏟運機、裝藥車、鑿巖臺車等裝備已投入使用;在智能通信方面，井下無線通信系統已經在甲瑪銅礦等10余個礦山進行了應用;在智能化采礦爆破技術與裝備上，三維激光掃描系統已經在新疆阿舍勒銅礦、湖北大冶等礦山進行了應用，支撐智能化采礦爆破設計，并將結果指導自動鉆孔與優化裝藥;在地下空間高精度定位與導航上，已經開發出了原型系統，部分技術已經實現現場轉化應用。

大規模深井充填法開采是我國近年來金屬礦山的一個顯著特點，埋藏深(高地應力、高地溫)、礦體厚大、環保要求等給礦山開采帶來了諸多技術挑戰，體現在采礦方法選擇、回采順序、提升運輸、通風和制冷降溫、充填系統、尾礦處理、安全(包括防水)等方面。

瑞海金礦是大規模深井礦床充填法開采的一個典型礦山。依照設計方案，采礦自動化及信息化融合控制也被納入其中。瑞海金礦自動化及信息化系統包括：采礦自動化、選礦自動化、生產管理信息平臺、企業網絡系統規劃。其中，采礦自動化包括采礦自動化系統、通信和網絡系統、安全監測和監控系統、井下交通自動化系統;選礦自動化包括頑石破碎、磨礦系統、浮選系統、脫水系統;企業管理信息平臺主要指礦山生產管理信息系統;企業網絡系統規劃包括井下光環網系統、地表光環網系統。

具體而言，其設計中的采礦自動化系統又細分為提升自動化系統，膠帶運輸控制系統，溜井、破碎系統，充填料制備自動化、通風控制系統等;通信和網絡系統細分為井下光環網系統、井下有線通信系統、坑內無線通信系統等;安全監測和監控系統細分為氣體監測系統、地壓(微震)適時監測系統、人員定位系統、車輛定位系統等;井下交通自動化系統細分為斜坡道交通信號系統、無人駕駛電機車控制系統等。

伴隨著一些大型地下礦山的建成投產，可以預見，未來遠程遙控和自動化開采將是一個顯著特征，新建礦山的現代化水平將有一個巨大的提升。

(三)礦山有智能化的詩與遠方，當然也有眼前的現實。應該看到，當前我國金屬礦山整體機械化程度還相對落后，依然需要加快工業化與信息化融合進程，實現傳統礦業的跨越，從而走向智能采礦。

談到當前礦山自動化、信息化的實際，中國恩菲工程技術有限公司白光輝認為礦山企業應該根據自己的需求，選擇先進的和有發展前途的技術。

他表示，國內地下礦傳統自動化系統可細分十幾個系統，如高壓供電系統、低壓供電系統、排水系統、通風系統、破碎系統、鏟運機遠程遙控系統、無人駕駛卡車運輸系統、有軌電機車運輸系統、溜井料位檢測系統、排泥系統、提升系統以及六大系統。應該說，國內礦山對先進技術非常重視，同時也投入大量資金和人力搞自動化和信息化建設，但總體效果不盡如人意。

隨著網絡技術和TCP/IP通訊協議的廣泛應用，在他看來，地下礦自動化、信息化融合具備可行性。但他認為，集成不是融合，綜合也不是融合。融合是要在集成的基礎上，實現各專業各系統(供配電、控制、網絡)之間的相互交叉、相互滲透、信息相互引用、資源相互共享層面上的融合，以至于不再出現綜合的痕跡，比系統之間無縫銜接的層次更高。這種融合應從礦山總體集成到各個子系統的實施標準開始，最后到所有系統納入地下公網搭建的管控平臺全范圍進行融合。這種程度的融合，需要融合者具備全面的專業技能和全局的把控能力。

針對融合的切入點，白光輝認為融合應該從底層做起：從高低壓供配電、各個子系統自動化控制、各個子系統對外通信規約做起。風、水、電是一個礦山的動力命脈，而供配電系統又是風和水的動力來源，所以抓住電(包含控制)也就等于抓住了一個企業的動力命脈。所以，融合的第一個切入點是“電”。信息化是現代化礦山建設的基礎，而網絡又是實現全礦信息化的高速公路。抓住了網絡也就等于抓住了全礦的神經系統——做到一切皆有可能。所以，融合的第二個切入點是“網絡”。

目前，大多數礦山的做法是，首先按照工藝系統、按照專業劃分需要建設的各個子系統，并將各個子系統分包給不同的專業集成公司去完成。在此基礎上，再用一張大網(綜合信息網絡)去把各個子系統都罩住。這張大網一般都由業主來集成。

由于各個子系統之間固有的特性，使得協調性較差。這種分散實施、統一協調的方式最多也就是能夠獲得一個綜合系統。該系統具有N多種通訊協議、N多種控制設備、N多種集成習慣等特點。同時從系統上就自然分割開來，使得用戶即使有融合維護的想法，但也很難或無法實施。這種化整為零的集成方式勢必導致礦山建設缺乏整體性，各個系統之間的融合就更是難上加難。