礦業(yè)行業(yè)技術(shù)發(fā)展是第四次工業(yè)革命的組成部分，其特征是生產(chǎn)效率更高的機(jī)器以及某些操作任務(wù)的自動(dòng)化、數(shù)字化、更快更大規(guī)模的連接性，以及智能網(wǎng)絡(luò)在整個(gè)價(jià)值鏈的應(yīng)用。我們期望礦業(yè)行業(yè)能夠變得更加智能、高效、可持續(xù)，在就業(yè)方面變得更加高效、靈活。從目前的情況來(lái)看，技術(shù)創(chuàng)新正在以前所未有的速度提高礦業(yè)產(chǎn)能和效率。

技術(shù)創(chuàng)新是礦業(yè)行業(yè)面臨的一次顛覆性變革。礦業(yè)行業(yè)之前所經(jīng)歷的變革，與此次變革的速度和規(guī)模不可同日而語(yǔ)。這些可能發(fā)生的變革不僅會(huì)從根本上改變礦業(yè)的面貌，還將深刻地改變?nèi)藗兊纳詈凸ぷ鞣绞剑约叭伺c機(jī)器和工作場(chǎng)所的關(guān)系，進(jìn)而改變整個(gè)行業(yè)的規(guī)則。更重要的是，它將徹底改變行業(yè)（礦業(yè)企業(yè)、供應(yīng)商）與東道國(guó)（政府、地方社區(qū)、其他非國(guó)家行動(dòng)者等）之間已建立的關(guān)系。

新興技術(shù)的主要類別

在評(píng)估技術(shù)變革的影響之前，必須清楚地了解礦業(yè)行業(yè)正在開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的各項(xiàng)技術(shù)以及影響，這樣才可以利用這些技術(shù)助推礦業(yè)行業(yè)發(fā)展。

——數(shù)字化基礎(chǔ)技術(shù)。主要包括傳感器技術(shù)、連接的可穿戴設(shè)備技術(shù)、無(wú)人機(jī)技術(shù)以及全球定位衛(wèi)星（GPS）技術(shù)。

傳感器和可穿戴設(shè)備可應(yīng)用于礦業(yè)行業(yè)價(jià)值鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，能夠支持可提升采礦流程操作性能和效率的其他技術(shù)。例如，加拿大黃金公司在其位于加拿大的Eleonore礦山通過(guò)使用智能傳感器每年可節(jié)省150萬(wàn)-250萬(wàn)美元的使用成本。而連接性可穿戴設(shè)備既可以提高工人的能力，又可以通過(guò)礦山和工廠管理人員捕獲關(guān)鍵的實(shí)時(shí)信息，促進(jìn)無(wú)縫溝通，并在必要時(shí)提供遠(yuǎn)程專家協(xié)助，從而解決問(wèn)題、修復(fù)損壞的設(shè)備。澳大利亞的許多礦業(yè)企業(yè)，如力拓集團(tuán)、必和必拓、紐克雷斯特礦業(yè)公司等都為員工配備了智能頭盔等技術(shù)，旨在通過(guò)監(jiān)測(cè)腦電波來(lái)測(cè)量疲勞程度，以減少疲勞引起的傷亡風(fēng)險(xiǎn)。

無(wú)人機(jī)技術(shù)用途多種多樣，包括獲取地質(zhì)數(shù)據(jù)、場(chǎng)地規(guī)劃、巖面檢查、實(shí)時(shí)爆破控制、水樣采集、天氣和環(huán)境條件的評(píng)估以及安全監(jiān)測(cè)。

一些企業(yè)在炮眼鉆機(jī)和電纜鏟車上安裝的GPS系統(tǒng)有助于實(shí)時(shí)并準(zhǔn)確地獲取露天開(kāi)采作業(yè)中的鉆孔點(diǎn)或鏟道位置的三維可視化信息。

——利用大數(shù)據(jù)優(yōu)化產(chǎn)能的技術(shù)。主要包括機(jī)器學(xué)習(xí)、高級(jí)分析、硬件和設(shè)備自動(dòng)化、機(jī)器人流程自動(dòng)化、軟件自動(dòng)化、數(shù)字孿生以及云計(jì)算等。

機(jī)器學(xué)習(xí)能夠提升描述性、預(yù)測(cè)性和規(guī)范性任務(wù)的執(zhí)行能力，例如能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)見(jiàn)性維護(hù)，從而減少停機(jī)時(shí)間和運(yùn)營(yíng)成本，同時(shí)提高產(chǎn)量；結(jié)合數(shù)據(jù)分析和算法，礦業(yè)企業(yè)能夠基于對(duì)數(shù)據(jù)的認(rèn)知做出更多的戰(zhàn)略決策。硬件機(jī)器人和自動(dòng)化設(shè)備由人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)，盡管這些設(shè)備仍然需要人工進(jìn)行遠(yuǎn)程控制操作，但自動(dòng)化設(shè)備能夠取代人力勞動(dòng)。機(jī)器人流程自動(dòng)化（RPA）工具能夠執(zhí)行后臺(tái)財(cái)務(wù)操作和供應(yīng)鏈管理等重復(fù)性任務(wù)。軟件自動(dòng)化工具有助于持續(xù)地實(shí)施控制作業(yè)，從而提高安全性和效率。

數(shù)字孿生應(yīng)用通過(guò)對(duì)采礦環(huán)境和作業(yè)設(shè)施的精確化、電子化、數(shù)字化呈現(xiàn)，提供了一個(gè)沉浸式虛擬環(huán)境，能夠顯著改善規(guī)劃、管理和決策。

——集成和追蹤大數(shù)據(jù)提高性能的技術(shù)。包括物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈以及射頻識(shí)別和實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)標(biāo)簽。

（工業(yè)）物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可以提高效率、最小化成本支出、優(yōu)化設(shè)備管理、增加資產(chǎn)利用率、改善作業(yè)流程的實(shí)時(shí)性能監(jiān)控，而5G網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)有望釋放物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的巨大潛力并提高其性能。2015年，德勤會(huì)計(jì)師事務(wù)所預(yù)計(jì)，全球物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的增量貢獻(xiàn)在2014年至2018年間從4000億美元增至1萬(wàn)億美元，到2020年達(dá)到1.9萬(wàn)億美元。

區(qū)塊鏈技術(shù)可以提高信用度和透明度，并能夠自動(dòng)檢測(cè)欺詐，降低了借貸套利和雙重融資的風(fēng)險(xiǎn)。戴比爾斯鉆石公司開(kāi)發(fā)了一個(gè)區(qū)塊鏈平臺(tái)來(lái)追蹤其鉆石的去向，有助于解決可靠性和合規(guī)性問(wèn)題。

——優(yōu)化采礦流程的技術(shù)。包括水處理技術(shù)和節(jié)水技術(shù)、尾礦管理與回收技術(shù)、智能能源系統(tǒng)、電力采礦設(shè)備、生物技術(shù)以及生物采礦和生物礦化技術(shù)。這些新技術(shù)正被應(yīng)用于綠色礦山，可以有效節(jié)約水資源、減少碳排放、減少污染等。在智利，加拿大巴里克黃金公司宣布，到2020年其所屬的Zaldívar銅礦將會(huì)全部使用可再生能源，每年能夠減少35萬(wàn)噸溫室氣體排放。英美資源集團(tuán)制定了未來(lái)智能采礦計(jì)劃，其目標(biāo)之一是在采礦過(guò)程中不使用淡水，尤其是在礦石和廢物（尾礦）的分離和運(yùn)輸過(guò)程中。

——可能影響采購(gòu)的技術(shù)。主要包括增材制造技術(shù)，也就是為人熟知的3D和4D打印技術(shù)。它們能夠建造更輕、更堅(jiān)固的部件和系統(tǒng)，從而減少生產(chǎn)和交付時(shí)間。該工藝可以根據(jù)需要生產(chǎn)特定備件，并根據(jù)需要更換的部件特點(diǎn)進(jìn)行定制。由于備件可以在距離礦山更近的地方生產(chǎn)，因此可以大大減少停機(jī)時(shí)間。這不僅與產(chǎn)品相關(guān)，還有可能徹底顛覆制造業(yè)。

新興技術(shù)的應(yīng)用趨勢(shì)

創(chuàng)新技術(shù)形式多樣，功能繁雜，究竟哪些技術(shù)在短期或中期最可能投入應(yīng)用？2017年，埃森哲咨詢公司（Accenture）進(jìn)行了一項(xiàng)關(guān)于未來(lái)5年最受礦業(yè)企業(yè)青睞技術(shù)的調(diào)查。調(diào)查結(jié)果表明，截至2022年，排名前4的技術(shù)分別為：一是機(jī)器人和自動(dòng)化（預(yù)計(jì)超過(guò)50%）；二是無(wú)人駕駛車輛和無(wú)人機(jī)的應(yīng)用；三是可穿戴設(shè)備和其他連接性裝備的應(yīng)用；四是遠(yuǎn)程運(yùn)營(yíng)中心，此項(xiàng)技術(shù)必須基于前3項(xiàng)技術(shù)。這些技術(shù)的結(jié)合足以改變礦業(yè)行業(yè)的組織和業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)，從而改變企業(yè)與雇員、供應(yīng)商、地方社區(qū)及東道國(guó)政府之間的關(guān)系。

事實(shí)上，礦業(yè)企業(yè)正在尋求更先進(jìn)、更尖端的中期技術(shù)，從而使目前正在實(shí)施的數(shù)字化、自動(dòng)化和一體化環(huán)境的效益最大化。下一階段的投資將繼續(xù)優(yōu)化先進(jìn)過(guò)程控制系統(tǒng)，以在采礦作業(yè)的不同流程之間，尤其是在價(jià)值鏈的不同部分之間，建立更大的融合和更強(qiáng)的橫向聯(lián)系。

在非洲，針對(duì)自動(dòng)化的投資已不鮮見(jiàn)。在南非Northern Cape的Finsch鉆石礦，全自動(dòng)無(wú)人駕駛卡車已投入運(yùn)營(yíng)超過(guò)10年。2014年，英美資源集團(tuán)在南非林波波省的Venetia地下鉆石礦綠地項(xiàng)目中投資了全自動(dòng)卡車、鉆機(jī)和運(yùn)輸火車。

剛果金的Kibali地下礦山同樣對(duì)自動(dòng)化和機(jī)械化進(jìn)行了大量投資，以期提高產(chǎn)能。然而，這些礦山的盈利能力取決于能否獲得價(jià)格實(shí)惠的電力。為此，礦業(yè)企業(yè)投資建設(shè)了水電系統(tǒng)，以確?？煽康碾娏?yīng)。該礦山配備了非洲首個(gè)一體化的自動(dòng)化礦石處理和豎井系統(tǒng)。

在剛果金，加拿大艾芬豪礦業(yè)公司正在建設(shè)Kamoa/Kakula銅礦項(xiàng)目，預(yù)期將成為全球第二大銅礦，實(shí)現(xiàn)高度機(jī)械化地下作業(yè)。

在加納，由于轉(zhuǎn)向合同開(kāi)采，南非盎格魯黃金公司通過(guò)對(duì)更為機(jī)械化作業(yè)的投資實(shí)現(xiàn)對(duì)Obuasi礦的現(xiàn)代化改造。該礦因改造而臨時(shí)關(guān)閉時(shí)曾有4300個(gè)工作崗位，到2014年礦山重啟時(shí)僅保留了550個(gè)工作崗位，這意味著減少了87%的勞動(dòng)力。

在拉丁美洲，智利在過(guò)去10年間一直在推動(dòng)礦業(yè)行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新。自2008年以來(lái)，全球最大的銅出口商——智利國(guó)家銅業(yè)在其位于Antofagasta地區(qū)的Gabriela Mistral露天礦投入了18輛自動(dòng)卡車。

同樣在智利，必和必拓成功測(cè)試了一種被稱為“智能頭盔（Smartcap）”的探測(cè)駕駛員疲勞的技術(shù)。通過(guò)在駕駛員的額頭上裝備電子條帶測(cè)量用于指示疲勞程度的腦電波，其中的傳感器與卡車車廂內(nèi)的一個(gè)小型裝置進(jìn)行無(wú)線通信，向駕駛員和主管發(fā)出警告。

Antofagasta地區(qū)的Minera Centinela礦正在測(cè)試新一代的全自動(dòng)無(wú)人機(jī)，這些無(wú)人機(jī)將被用于繪制地圖以及測(cè)量體積和地形。通過(guò)將數(shù)據(jù)輸入到一個(gè)數(shù)據(jù)處理軟件中，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、規(guī)劃和決策。

英美資源集團(tuán)在智利的Los Bronces礦，利用數(shù)字孿生技術(shù)監(jiān)測(cè)運(yùn)輸性能。該技術(shù)還被用于監(jiān)測(cè)巴西長(zhǎng)達(dá)500千米的泥漿管道，以防止可能的泄漏。截至目前，該公司通過(guò)應(yīng)用數(shù)字技術(shù)設(shè)備，經(jīng)營(yíng)額提高了約30%（其中，約15%來(lái)自于產(chǎn)能提升，約15%來(lái)自于成本下降）。

在巴西，淡水河谷建立了人工智能中心，能夠獲取并分析其項(xiàng)目數(shù)據(jù)，從而提高基礎(chǔ)設(shè)施的效率。其中一個(gè)項(xiàng)目專注于預(yù)測(cè)Carajás鐵路線的鋼軌斷裂，那里經(jīng)常發(fā)生嚴(yán)重的事故。通過(guò)結(jié)合數(shù)據(jù)和分析，淡水河谷在Salobo礦節(jié)省了800萬(wàn)美元，在一年內(nèi)將越野卡車輪胎的使用壽命提高了約30%。

在加拿大，越來(lái)越多的礦業(yè)企業(yè)正使用數(shù)字工具和技術(shù)來(lái)提高產(chǎn)能。在Glencore的Onaping Depth礦，數(shù)字系統(tǒng)被用于規(guī)劃班組（shift-level）任務(wù)、監(jiān)督任務(wù)進(jìn)展、追蹤延誤和設(shè)備可用性。其目標(biāo)是利用基于人-流程-技術(shù)整合的方法，減少操作可變性并提高產(chǎn)能。

在中亞的哈薩克斯坦，Kacharsky礦已投入1000萬(wàn)美元，用于建立一個(gè)針對(duì)生產(chǎn)流程的新型模塊化自動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)已被集成到現(xiàn)有的地理信息系統(tǒng)和企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)中。通過(guò)傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)控礦山，檢測(cè)出在采礦過(guò)程中需要改變的地方，從而提高產(chǎn)能。當(dāng)?shù)卣?017年宣布，將支持礦業(yè)行業(yè)的數(shù)字技術(shù)發(fā)展，為第四次工業(yè)革命做好充分準(zhǔn)備。

新興技術(shù)發(fā)展的影響因素

為何會(huì)產(chǎn)生這種顛覆性的變革？其驅(qū)動(dòng)因素和阻礙因素又是什么？這些都是礦業(yè)行業(yè)健康快速發(fā)展必須破解的問(wèn)題。

具體來(lái)說(shuō)，礦業(yè)行業(yè)產(chǎn)生顛覆性變革的驅(qū)動(dòng)因素主要源于以下七點(diǎn)：一是礦業(yè)行業(yè)需要降低工人的健康和安全風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于一些在極端環(huán)境或偏遠(yuǎn)地區(qū)進(jìn)行的采礦作業(yè)，不僅費(fèi)時(shí)而且費(fèi)用昂貴，同時(shí)還對(duì)工人的健康和安全造成威脅。因此，大量減少?gòu)?fù)雜和深部開(kāi)采作業(yè)或偏遠(yuǎn)地區(qū)條件下工人數(shù)量的技術(shù)，有助于改善工人的安全，降低事故率和傷亡率，這也是礦業(yè)企業(yè)及其員工關(guān)心的重大問(wèn)題。二是礦業(yè)行業(yè)需要降低運(yùn)營(yíng)成本，提高資產(chǎn)生產(chǎn)能力。由于市場(chǎng)波動(dòng)、不可預(yù)測(cè)的商品周期、全球經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)放緩等外部因素，礦業(yè)行業(yè)承受著巨大的現(xiàn)金流壓力，不得不提高運(yùn)營(yíng)效率以緩解壓力。創(chuàng)新技術(shù)的目的大都是為了提高產(chǎn)量和產(chǎn)能，建立更精干高效的生產(chǎn)和組織體系，因此能夠?yàn)榈V業(yè)企業(yè)管理運(yùn)營(yíng)成本提供新途徑。三是礦業(yè)行業(yè)需要降低資產(chǎn)開(kāi)發(fā)成本。全球仍有大量礦床有待勘探和開(kāi)發(fā)。但是，伴隨著不斷增加的前期資本投資、新的資產(chǎn)位置越來(lái)越偏遠(yuǎn)、資源的開(kāi)采難度或儲(chǔ)存深度增加等因素，資產(chǎn)開(kāi)發(fā)成本愈發(fā)增加。技術(shù)解決方案是降低這些資產(chǎn)開(kāi)發(fā)成本的一種方式，但考慮到前期大量的資本投入，前沿技術(shù)能否成功應(yīng)用還取決于投資項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)可行性和技術(shù)可行性。四是勞動(dòng)力老齡化問(wèn)題凸顯。無(wú)論是在發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體還是新興經(jīng)濟(jì)體，礦業(yè)行業(yè)都面臨著勞動(dòng)力迅速老齡化、退休率上升等問(wèn)題。這些動(dòng)態(tài)變化反過(guò)來(lái)又會(huì)轉(zhuǎn)化為因技能短缺產(chǎn)生的巨額工資溢價(jià)，這些因素促使人們決定采用新技術(shù)。五是技術(shù)開(kāi)發(fā)成本大幅下降。相比于勞動(dòng)力等成本，技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用成本大幅下降，對(duì)于礦業(yè)行業(yè)來(lái)說(shuō)具有更高的性價(jià)比。此外，礦業(yè)周期的許多環(huán)節(jié)已經(jīng)非常適合市場(chǎng)化技術(shù)的集成（例如數(shù)據(jù)優(yōu)化、自動(dòng)車輛、高風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)用、無(wú)人機(jī)勘探、適用于變電站的手動(dòng)任務(wù)等）。不得不承認(rèn)，隨著愈發(fā)成熟的技術(shù)市場(chǎng)化，礦業(yè)行業(yè)中的某些部分可能發(fā)生更快的變革。六是礦業(yè)企業(yè)改變傳統(tǒng)思想，勇?tīng)?zhēng)龍頭。傳統(tǒng)上最先實(shí)施新技術(shù)的企業(yè)會(huì)承擔(dān)較大的金融和監(jiān)管風(fēng)險(xiǎn)，因此眾多礦業(yè)企業(yè)更傾向于成為第二梯隊(duì)成員，使用經(jīng)過(guò)測(cè)試、成本低廉、發(fā)展成熟的新技術(shù)。但是，當(dāng)今全球的技術(shù)投入明顯增加，科技企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈，礦業(yè)企業(yè)的態(tài)度正在迅速轉(zhuǎn)變，迫切需要?jiǎng)?chuàng)新。七是礦業(yè)行業(yè)面臨著不斷增加的環(huán)保壓力。無(wú)論是投資規(guī)則還是對(duì)于可持續(xù)發(fā)展的承諾，都大幅增加了礦業(yè)行業(yè)面臨的環(huán)保壓力。礦業(yè)行業(yè)在整個(gè)供應(yīng)鏈上越來(lái)越多地采用“綠色”技術(shù)，以減少水資源和能源的消耗，減少溫室氣體排放，增加對(duì)廢物的回收利用等。

雖然眾多因素驅(qū)動(dòng)礦業(yè)行業(yè)的顛覆性變革和技術(shù)迅速發(fā)展，但仍有一些因素會(huì)減緩或阻礙礦業(yè)行業(yè)對(duì)新技術(shù)的應(yīng)用。例如，應(yīng)用新技術(shù)會(huì)打破長(zhǎng)期以來(lái)形成的價(jià)值鏈，因此面臨著價(jià)值鏈中眾多環(huán)節(jié)的障礙，包括經(jīng)濟(jì)上和政治上的障礙；應(yīng)用新技術(shù)同樣會(huì)帶來(lái)新的安全挑戰(zhàn)，對(duì)于一些不習(xí)慣使用新技術(shù)的工人，很可能給其帶來(lái)危險(xiǎn)；應(yīng)用新技術(shù)還會(huì)給管理勞動(dòng)力轉(zhuǎn)化帶來(lái)挑戰(zhàn)，需要平衡管理趨于使用更少勞動(dòng)力變化與填補(bǔ)勞動(dòng)力缺口之間的關(guān)系；新技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用需要較高的前期成本；新技術(shù)的應(yīng)用需要全新的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，從而實(shí)現(xiàn)不同技術(shù)的可操作性。

即使部分因素阻礙或減緩了技術(shù)創(chuàng)新和使用，但從大的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，新興技術(shù)（尤其是顛覆性技術(shù)）在礦業(yè)行業(yè)中的應(yīng)用愈發(fā)突出。過(guò)去10年間，技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用的步伐加速，對(duì)礦業(yè)行業(yè)產(chǎn)生了前所未有的影響，使企業(yè)和政府措手不及。從人工智能和聊天機(jī)器人的興起，到機(jī)器人和物聯(lián)網(wǎng)，新興技術(shù)和創(chuàng)新性商業(yè)模式正在推動(dòng)巨大的范式轉(zhuǎn)變，未來(lái)政府和礦業(yè)企業(yè)需要“高瞻遠(yuǎn)矚”，這樣才能在變革中站穩(wěn)腳跟，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展?！?/span>

（作者單位：中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局國(guó)際礦業(yè)研究中心、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地學(xué)文獻(xiàn)中心）