非金属矿山数字化转型与实践
摘要
非金属矿山作为国民经济的重要组成部分，在建筑、化工、建材等领域发挥着关键作用。然而，传统的生产模式使非金属矿山面临着生产效率低下、资源利用率不高、安全管理难度大等问题。数字化转型为非金属矿山的可持续发展提供了新的路径。本文结合非金属矿山的特点，深入探讨了其数字化转型的必要性，分析了转型过程中关键技术的应用，指出了转型面临的挑战并提出了相应对策，旨在为非金属矿山的数字化转型提供参考。
关键词
非金属矿山；数字化转型；实践应用；关键技术
一、引言
非金属矿是指除金属矿以外的所有矿产资源，包括石灰石、石膏、石英砂、石棉等，广泛应用于工业、农业、建筑等多个领域。随着社会经济的快速发展，对非金属矿的需求量不断增加，据统计，2024年我国非金属矿行业市场规模达到8500亿元，较2020年增长了32%，同时对其质量和生产过程的要求也日益提高。
当前，我国非金属矿山行业整体发展水平参差不齐，全国约70%的中小型矿山仍采用传统的生产方式，存在着生产工艺落后、自动化程度低、管理粗放等问题。这不仅导致生产效率低下、资源浪费严重，还带来了较大的安全和环保隐患。在数字化浪潮席卷全球的背景下，推动非金属矿山数字化转型，利用现代信息技术改造传统生产模式，已成为提升行业竞争力、实现可持续发展的必然选择。
二、非金属矿山数字化转型的必要性
2.1提升生产效率
传统非金属矿山生产中，开采、运输、加工等环节多依赖人工操作，生产流程不连贯，信息传递滞后，导致生产效率低下。例如，在石灰石矿山的开采过程中，由于缺乏精准的爆破设计和有效的设备调度，常常出现爆破效果不佳、矿车等待时间过长等问题，严重影响了开采进度，部分矿山的设备利用率仅为60%左右。通过数字化转型，引入智能化设备和信息化管理系统，可实现生产过程的自动化和协同化，减少人工干预，提高生产效率。相关数据显示，完成数字化转型的非金属矿山，设备利用率平均可提升至85%以上。
2.2提高资源利用率
非金属矿山资源具有不可再生性，提高资源利用率是实现可持续发展的关键。传统生产模式下，由于缺乏对矿产资源分布和赋存状态的精准掌握，开采过程中容易出现过度开采或开采不足的情况，造成资源的浪费，多数非金属矿山的资源回收率仅为65%-75%。数字化技术能够实现对矿山资源的精准勘探和建模，结合生产数据进行优化开采，从而提高资源的回收率和利用率，部分实现数字化转型的矿山资源回收率可达85%以上。
2.3强化安全管理
非金属矿山开采环境复杂，存在着坍塌、滑坡、粉尘污染等安全风险。传统的安全管理主要依靠人工巡检和经验判断，难以全面、及时地发现安全隐患，据不完全统计，传统管理模式下的非金属矿山，平均每百万吨产量的安全事故发生率为0.3起。数字化转型可通过部署传感器、视频监控等设备，实时监测矿山的地质状况、设备运行状态和作业环境参数，一旦发现异常情况，能够及时发出预警并采取相应措施，有效降低安全事故的发生率，数字化转型后的矿山，平均每百万吨产量的安全事故发生率可降至0.1起以下。
2.4满足环保要求
随着环保法规的日益严格，非金属矿山的环保压力不断增大。传统生产过程中产生的粉尘、废水、废渣等污染物若处理不当，会对周边环境造成严重影响，约30%的中小型非金属矿山因环保不达标而被责令整改。数字化技术可以对生产过程中的污染物排放进行实时监测和控制，优化生产工艺，减少污染物的产生，同时实现对废弃物的资源化利用，满足环保要求，数字化转型后的矿山环保达标率可达95%以上。
三、非金属矿山数字化转型关键技术应用
3.1矿山地质建模与可视化技术
通过三维激光扫描、无人机航拍等技术获取矿山地质数据，利用计算机软件构建高精度的三维地质模型。该模型能够直观地展示矿山的地形地貌、矿体分布、地质构造等信息，为矿山的规划设计、开采方案制定提供精准的基础数据，模型的精度可达厘米级。例如，在石膏矿山的开发中，利用三维地质模型可以清晰地了解石膏矿层的厚度、走向和倾角，从而制定出更合理的开采计划，提高资源回收率。同时，借助可视化技术，可将地质模型与生产数据相结合，实现矿山生产过程的动态模拟和可视化管理，便于管理人员及时掌握生产情况，做出科学决策，使开采计划的调整时间缩短50%以上。
3.2智能化开采技术
针对非金属矿山的开采特点，引入智能化开采设备和技术。在露天非金属矿山，可采用无人驾驶爆破设备、智能铲运机等，实现爆破、装载等环节的自动化作业。例如，在石英砂矿山的露天开采中，无人驾驶爆破设备能够根据预先设计的爆破参数进行精准爆破，减少爆破对周边环境的影响，同时提高爆破效率，爆破效果达标率从传统的70%提升至90%以上；智能铲运机可通过传感器感知矿石的位置和数量，自动完成装载和运输作业，降低人工劳动强度，作业效率提高30%左右。对于地下非金属矿山，可应用远程控制掘进机、自动化支护设备等，改善井下作业环境，提高开采安全性，井下作业人员数量可减少40%以上。
3.3物联网与传感器技术
在非金属矿山生产的各个环节部署大量传感器，如温度传感器、湿度传感器、振动传感器、粉尘浓度传感器等，通过物联网技术实现对设备运行状态、环境参数、生产数据等的实时采集和传输，数据采集频率可达每秒10次以上。将采集到的数据传输至数据中心进行分析处理，可及时发现设备故障、环境异常等问题，并发出预警信息。例如，在石灰石破碎车间，安装振动传感器和温度传感器对破碎机进行监测，当设备出现异常振动或温度过高时，系统能够及时报警，响应时间在10秒以内，便于维修人员及时处理，避免设备损坏造成生产中断，使设备故障停机时间减少40%。此外，利用物联网技术还可实现对矿山运输车辆的跟踪和调度，优化运输路线，提高运输效率，运输成本降低15%-20%。
3.4大数据与人工智能技术
非金属矿山在生产过程中会产生大量的数据，一座中型非金属矿山每天产生的数据量可达50GB以上，包括地质数据、生产数据、设备数据、环境数据等。利用大数据技术对这些数据进行存储、清洗和分析，可挖掘出数据中隐藏的规律和价值。例如，通过分析历史生产数据，可优化生产工艺参数，提高产品质量，产品合格率可提升5%-10%；分析设备运行数据，可预测设备的故障概率，提前进行维护保养，减少设备停机时间，设备平均无故障运行时间延长20%以上。人工智能技术在非金属矿山中也有着广泛的应用前景，如利用机器学习算法对矿石品位进行预测，预测准确率可达90%以上，为开采和加工提供指导；利用图像识别技术对矿山环境进行监测，及时发现污染源和安全隐患，识别准确率在85%以上。
四、非金属矿山数字化转型实践案例
4.1案例一：某大型石灰石矿山数字化转型
该石灰石矿山为大型建筑用石料生产基地，年产能为1000万吨，为实现高效、安全、绿色生产，启动了数字化转型项目，总投资8000万元。
在地质建模方面，采用无人机航拍和三维激光扫描技术，构建了矿山的三维地质模型，模型精度达到0.5米，实现了矿山资源的可视化管理。通过该模型，能够精准掌握矿体的分布和储量，为开采计划的制定提供了可靠依据，开采计划的调整时间从原来的5天缩短至1天。
在开采环节，引入了无人驾驶爆破系统和智能铲运设备。无人驾驶爆破系统可根据三维地质模型和生产需求，自动设计爆破参数并完成爆破作业，爆破效率提高了30%，每次爆破的矿石产量从原来的8万吨提升至10.4万吨，爆破成本降低了15%，每吨矿石的爆破成本从2.0元降至1.7元。智能铲运设备通过与调度系统的联动，实现了自动装载和运输，运输效率提升了25%，每天的运输量从原来的3万吨增加到3.75万吨。
在生产管理方面，建立了中央控制室，通过物联网技术实时采集各环节的生产数据和设备运行状态，并利用大数据分析技术进行处理和展示。管理人员可在中央控制室全面掌握生产情况，及时调整生产计划，生产综合效率提高了20%，每年增加产值约1.2亿元。
在安全环保方面，部署了500余个粉尘浓度传感器、100余套视频监控设备等，实时监测矿山环境。当粉尘浓度超过阈值时，系统自动启动喷雾降尘设备，粉尘排放浓度控制在1.5mg/m³以下，粉尘排放达标率达到100%。同时，通过对设备运行状态的监测，提前发现安全隐患并及时处理，安全事故发生率降低了50%，每年减少安全事故损失约500万元。
4.2案例二：某石膏矿山数字化转型
该石膏矿山主要生产建筑石膏和医用石膏，年产能为300万吨，为提高产品质量和生产效率，进行了数字化转型，总投资3000万元。
在选矿加工环节，应用了人工智能技术对石膏矿石的品位进行在线检测和分析。通过安装在生产线上的传感器采集矿石的光谱数据，利用机器学习模型快速判断矿石品位，判断时间从原来的30分钟缩短至1分钟，且根据品位自动调整选矿工艺参数，精矿品位稳定性提高了10%，波动范围从原来的±2%缩小至±1.8%，选矿回收率提升了8%，每年多回收石膏约24万吨。
在设备管理方面，采用了预测性维护技术。通过对设备运行数据的分析，建立了设备故障预测模型，能够提前预测设备的故障时间和部位，提前安排维护保养，设备故障率降低了20%，从每月平均15次故障减少到12次，维修成本减少了25%，每年节省维修费用约300万元。
在销售管理方面，开发了电子商务平台和客户关系管理系统，实现了订单处理、物流跟踪、客户服务等环节的数字化管理。客户可通过平台实时查询产品信息和订单状态，订单处理效率提高了40%，从原来的平均3天处理完成缩短至1.8天，客户满意度提升了15%，客户流失率从8%降至6.8%。
五、非金属矿山数字化转型面临的挑战与对策
5.1面临的挑战
5.1.1技术应用难度大
非金属矿山种类繁多，不同类型矿山的生产工艺和特点差异较大，导致数字化技术的应用需要进行个性化定制，增加了技术应用的难度。例如，石灰石矿山和石膏矿山的开采、加工工艺不同，所需的智能化设备和管理系统也存在差异，定制化开发成本比通用方案高20%-30%。同时，部分非金属矿山地处偏远地区，网络基础设施薄弱，网络覆盖率仅为60%左右，数据传输困难，影响了数字化技术的有效应用。
5.1.2资金投入不足
数字化转型需要投入大量的资金用于设备购置、系统开发、人员培训等方面，一座中型非金属矿山的数字化转型成本通常在2000万-5000万元。而多数非金属矿山为中小型企业，资金实力有限，资产负债率平均在65%以上，难以承担高额的转型成本。此外，数字化转型的投资回报周期较长，平均为3-5年，也使得部分企业对转型持观望态度。
5.1.3专业人才匮乏
非金属矿山数字化转型需要既懂矿山生产技术又掌握信息技术的复合型人才。目前，行业内这类人才短缺，据调查，非金属矿山企业中，具备数字化技能的专业人才占比不足10%，现有员工的数字化技能水平较低，难以满足转型的需求。同时，由于非金属矿山工作环境相对艰苦，难以吸引和留住高素质的数字化人才，人才流失率达到15%以上。
5.1.4管理理念落后
部分非金属矿山企业管理者对数字化转型的认识不足，仍停留在传统的管理理念上，缺乏对数字化转型的战略规划和重视程度。在转型过程中，难以协调各部门之间的工作，导致转型工作推进缓慢，约40%的数字化转型项目因管理问题出现延期。
5.2对策建议
5.2.1加强技术研发与适配
鼓励企业与高校、科研机构合作，针对不同类型非金属矿山的特点，开展数字化技术的研发和适配工作，开发出具有针对性的解决方案。政府应加大对非金属矿山数字化技术研发的支持力度，设立专项基金，每年安排5000万元用于技术研发，推动技术创新和成果转化。预计通过3-5年的努力，可使数字化技术的定制化成本降低15%-20%。
5.2.2拓宽资金筹集渠道
企业应积极争取政府的政策支持和资金补贴，利用好国家对中小企业数字化转型的扶持政策，目前国家对中小企业数字化转型的补贴比例可达项目投资的20%-30%。同时，加强与金融机构的合作，通过贷款、融资租赁等方式筹集资金，部分银行针对矿山数字化转型推出了专项贷款，年利率可下浮10%-15%。此外，可引入社会资本参与非金属矿山的数字化转型项目，实现多元化融资，预计可使企业的资金压力降低40%以上。
5.2.3加强人才培养与引进
建立健全人才培养体系，加强与职业院校、培训机构的合作，开展定制化的人才培养项目，每年培养不少于1000名适合非金属矿山数字化转型需求的专业人才。企业应提高人才待遇，将数字化专业人才的平均薪资提高20%-30%，改善工作环境，建设员工宿舍、休闲设施等，吸引外部高素质数字化人才加入。同时，加强对内部员工的数字化技能培训，每年组织不少于40小时的培训课程，提高员工的综合素质，预计可使具备数字化技能的员工占比提升至30%以上。
5.2.4转变管理理念
企业管理者应加强对数字化转型的学习和认识，参加数字化转型专题培训，树立数字化思维，将数字化转型纳入企业的长期发展战略。建立健全数字化转型管理机制，明确各部门的职责和分工，加强部门之间的协同合作，设立数字化转型专项考核指标，与部门绩效挂钩，确保转型工作顺利推进，可使转型项目的延期率降低至10%以下。
六、结论
非金属矿山数字化转型是行业发展的必然趋势，对于提升生产效率、提高资源利用率、强化安全管理和满足环保要求具有重要意义。通过矿山地质建模与可视化技术、智能化开采技术、物联网与传感器技术、大数据与人工智能技术等关键技术的应用，能够实现非金属矿山生产过程的数字化、智能化和精细化。
实际案例表明，非金属矿山数字化转型能够带来显著的经济效益、社会效益和环境效益。如某大型石灰石矿山通过数字化转型，年增加产值约1.2亿元，减少安全事故损失约500万元；某石膏矿山每年多回收石膏约24万吨，节省维修费用约300万元。然而，在转型过程中仍面临着技术应用难度大、资金投入不足、专业人才匮乏、管理理念落后等挑战。通过加强技术研发与适配、拓宽资金筹集渠道、加强人才培养与引进、转变管理理念等对策，可有效应对这些挑战，推动非金属矿山数字化转型的深入开展。
未来，随着信息技术的不断发展和创新，非金属矿山数字化转型将迈向更高水平，实现更加智能、高效、绿色、安全的生产模式，预计到2030年，我国80%以上的大型非金属矿山和50%以上的中型非金属矿山将完成数字化转型，为国民经济的发展做出更大贡献。
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