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随着地表矿产资源的日渐枯竭，矿业公司正将目光转向地球更深处，一场深地采矿的革命正在悄然兴起。预计到2040年，关键矿产的需求将激增三倍，而地表矿藏却已所剩无几。于是，矿工们不得不深入地下，探寻那些隐藏在地球深处的宝藏。在这场深地探险中，科技成为了最得力的助手，一系列实体和数字设备正不断商业化，助力人类开采更深层的矿藏。
近年来，南非戴比尔斯、英国力拓等矿业巨头纷纷斥资数十亿美元，将业务转向更深层的地下，以延长那些产量日渐下滑的矿山的寿命。目前，全球仅有不到十座矿山达到了3公里的开采深度，而南非Harmony Gold公司的Mponeng矿更是以4公里的运营深度创下了纪录。
深地采矿的浪潮不仅仅受到经济回报和市场波动的驱动，更受益于设备技术的飞速发展。越来越多的实体和数字解决方案正不断涌现，为深地采矿提供了强有力的支持。
在深地采矿中，移动设备如车辆和机器人扮演着至关重要的角色，而自动化则成为了矿业发展的核心支柱。这些能够在极端地下环境中全天候运行的移动工具，可以执行自动化钻孔、隧道安装支持、碎片清除和矿石运输等多项任务。
对于深入地下的钻孔作业，机器人连续切割方法为车辆进入铺平了道路。北欧最大的黄金白银生产企业瑞典Boliden公司、澳大利亚矿山工程服务公司Theiss、瑞典矿山自动化装备公司Sandvik等多家公司正在试点整个钻孔周期的技术创新，力求在钻孔效率上取得突破。
矿业设备与运营商之间的紧密合作，成为了推动技术创新的关键。这种共生关系虽然行动缓慢，但却基于实际需求，不断催生着新的机遇。为了提高效率，矿业行业正从视距遥控转向远程控制，以解决手动和远程控制之间不断变化所带来的效率低下、速度慢且不安全的问题。
然而，随着深地采矿的推进，如何安全有效地将现代设备与现有车队结合起来，成为了摆在矿业公司面前的一大挑战。南非科学和工业研究委员会（CSIR）的首席采矿工程师指出，开发一种混合模型，实现有人驾驶车辆和自动驾驶车辆之间的无缝交互，是当前地下采矿作业的主要挑战之一。
为此，南非科学和工业研究委员会正在开发防撞系统，以便设备在紧急情况下能够自动停止。这一解决方案将为已经蓬勃发展的地下采矿车辆市场提供有力支持。据有关数据显示，预计全球活跃地下矿山的车辆总数将从2023年的19718辆增长到2030年的21604辆，年复合增长率为1.3%。
机器人行业同样表现出色，预计到2030年其价值将达到2180亿美元，为地下矿山生产力带来显著提升。
在深地采矿中，如何有效地将实体设备运送到地下数公里的作业面，是一个亟待解决的问题。而先进的提升系统，则成为了这一问题的关键所在。
对于深达2公里的竖井，通常使用电力驱动的多绳摩擦提升机。然而，一旦超过这个深度，钢丝绳的寿命就会成为制约因素。在3公里或更深的深度，需要使用更为先进的提升机进行输送。
提升机的技术发展迅速，远远超出了人们的预期。曾经被认为已经达到极限的提升机，如今已经实现了更大的直径和更多的钢丝绳数量。这一进步主要得益于矿业公司对更快、更高效开采地下矿石的迫切需求。
以澳大利亚必和必拓公司（BHP）为例，该公司为其位于加拿大的Jansen 钾肥项目中的提升系统进行了重大投资。该项目拥有两个1公里深的竖井，其中一台提升机的生产能力位居世界前列，能够运输75吨的有效载荷。
位于加拿大的BHP Jansen钾肥项目现场正在升级其吊装系统
然而，随着开采深度的增加，提升机面临的挑战也越来越大。一旦开采深度超过3.3公里，悬挂在竖井中的钢丝绳本身的重量就会占有效载荷的很大一部分。因此，绳索技术的发展成为了制约深地采矿的关键因素。如果绳索技术能够通过混合或复合材料得到发展，减轻重量，那么人类就有可能开发出更深层的矿体。
在深地采矿的动态地质环境中，如果没有先进软件提供的实时连接和数据支持，实体设备将无法发挥有效作用。空间映射被视为深层采矿的“基础性推动因素”，而激光和雷达扫描则是关键的数字工具。
这些传感器和扫描仪可以附着在机器人设备上，提供地下空间的详细且准确的3D表示。这种3D表示是普通相机无法检测到的。其中，LiDAR（光检测和测距）技术因其能够计算矿堆的体积而备受欢迎。
一旦使用实时地质数据生成3D模型，操作人员就可以规划车辆和机器人的挖掘路线，同时使用人工智能监测和预测数千米深的竖井稳定性或潜在危险。这种基于数据的决策支持，对于提高深地采矿的安全性和效率至关重要。
地下3D映射设备正迅速成为一个活跃的投资领域。仅2024年最后一个季度，英国力拓公司和南非Gold Fields公司就分别与一家澳大利亚智能地震传感器提供商Fleet Space宣布了单独的交易。这家提供商拥有达到地下2.5-4公里的3D环境噪声层析成像数据，可用于矿产勘探。
如果不知道地下矿山中资产的具体位置，那么在不同区域跟踪设备性能以确保安全和生产力就会变得极具挑战性。因此，地下数字地图的绘制对于深地采矿来说至关重要。
在当今的超深矿山中，5G技术对于核心实体和数字设备的全面连接至关重要。5G在采矿中的应用越来越普遍，预计到2029年其价值将达到127.5亿美元。其高带宽和低延迟为传统的光纤有线网络提供了一种有前途的替代方案，因为有线网络中的电缆在地下环境中很容易腐蚀。
要在地下提供5G连接并非易事。由于地下环境的复杂性，无线电信号的传播需要得到精心管理。一旦实施成功，由扫描仪、传感器和摄像机捕获的数据，包括高清图像和视频，就可以通过5G网络传输到地面进行分析。
这项技术不仅实现了机器人和车辆的自动化和远程控制，还能够检测潜在的设备故障。出于安全和可维护性的考虑，地下矿山通常会选择投资自己的私有5G网络，以便拥有所有好处，并通过自己拥有、运营和控制的基础设施来实现。
私有蜂窝网络启用的应用，如远程钻孔、自动驾驶车辆和实时状态监测，为地下矿山在不到十年的时间内提供了高达256%的投资回报率。这一数据充分证明了5G技术在深地采矿中的巨大潜力。
GlobalData的《2024年矿山现场技术采用调查》发现，地下运营商已将投资重点放在矿山规划和调度软件以及通信网络上。到2026年，他们预计将优先考虑移动设备的预测性维护。
移动设备无疑是发展最活跃的领域之一。然而，值得注意的是，深层采矿的高成本和低生产率往往不是增加资本投资的理想环境。因此，矿业公司需要更加前瞻性地看待深层采矿，推动下一波设备创新浪潮。
实体和数字设备的跨学科结合对于深地采矿来说至关重要。仅投资硬件而忽视软件的发展，将无法带来最大的效益。矿业行业没有一刀切的解决方案，了解矿体和现有矿山设计的独特特征至关重要。
随着矿业行业不断向下探索，进入深层地下采矿的下一阶段，对互联实体和数字设备的重大投资将成为未来关键矿产开采的关键推动因素。在这场深地采矿的革命中，科技将成为最得力的助手，引领人类开采出更多隐藏在地球深处的宝藏。
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