地下礦床自動開采技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展

吳大川 陳海軍 滕海濤

(河北鋼鐵集團灤縣常峪鐵礦有限公司,河北唐山 063700)

地下礦床自動開采技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展

吳大川 陳海軍 滕海濤

(河北鋼鐵集團灤縣常峪鐵礦有限公司,河北唐山 063700)

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展和社會的進步,我國生產(chǎn)力水平不斷提高,而礦產(chǎn)資源的開采和利用對我國經(jīng)濟的發(fā)展具有至關(guān)重要的意義,地下金屬礦床自動開采和無人開采技術(shù)對于礦產(chǎn)的開采具有極大的推動作用,在此背景下,本文總結(jié)了當前國內(nèi)外金屬礦床地下自動開采技術(shù)的現(xiàn)狀,并指出未來發(fā)展方向。

地下礦床 自動開采 技術(shù) 現(xiàn)狀 發(fā)展

1 引言

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和生產(chǎn)力水平的不斷提高,全面保障礦產(chǎn)資源開采施工安全,提高礦產(chǎn)資源開采效率已經(jīng)成為我國未來礦業(yè)開采領(lǐng)域的工作者的愿景。未來地下采礦將全面實現(xiàn)無人自動開采,而工作人員只需要在地面或其他安全場所進行遙控和指揮即可,具體的開采工作將全部由智能化、自動化程度相當高的機械設備來完成。而事實上,無軌自動開采設備作為金屬礦床地下自動開采技術(shù)的核心技術(shù),已經(jīng)在采礦工業(yè)領(lǐng)域有了數(shù)十年的發(fā)展。例如早在上世紀80年代后期,加拿大諾蘭達技術(shù)中心就已經(jīng)為金屬礦床地下開采技術(shù)進行了開發(fā)和研究,并取得了一系列的成果,例如鏟運機(LHD)及其自動行走系統(tǒng)、卡車光學導航系統(tǒng)等,這些技術(shù)在礦產(chǎn)開采中的應用極大的提高了礦產(chǎn)開采的效率,產(chǎn)量增量一度達到70%~80%。而在我國的一些采礦企業(yè)中也已經(jīng)采用了一些先進的技術(shù)和設備,例如遙控鑿巖臺車的應用,可有效避免在穿孔作業(yè)過程中工作人員受到的高強度噪音的危害等。此外,我國國家科技部在“十一五”期間,已經(jīng)將地下無人自動采礦技術(shù)列為863計劃的科研攻關(guān)課題之一,由此也可看出國家對于礦產(chǎn)開采技術(shù)的重視。

2 地下礦床自動開采技術(shù)基礎(chǔ)

總體來說,目前國內(nèi)外的無人化自動開采技術(shù)還處于一個初級的發(fā)展階段,主要以礦山無人采礦為主,這一發(fā)展階段中,主要的技術(shù)核心仍為以數(shù)據(jù)采集及其監(jiān)控技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)和采礦設備遙控技術(shù)等為主體的自動采礦技術(shù),而未來地下自動采礦技術(shù)的發(fā)展,必須對采礦工藝設計及巷道布置等方面有所突破,總體來說地下礦床自動開采技術(shù)基礎(chǔ)主要包括以下幾點。

2.1 檢測監(jiān)控及傳感技術(shù)

礦井下的環(huán)境因素主要包括如下幾點,例如濕度、溫度、地壓和空氣成份等,這些環(huán)境因素對于采礦作業(yè)的進行均有著不同程度的影響,故必須采取一些設備對其進行監(jiān)控和檢測。此外還需發(fā)展一些定位和導航技術(shù)及參數(shù)即時分析技術(shù)來對礦場的礦巖進行分析,對有用礦物的分布情況進行分析等。

2.2 采礦設備智能化遙控技術(shù)

鏟運機、鑿巖臺車、卡車等機械設備是采礦的主要設備,地下無人自動采礦技術(shù)如要有所發(fā)展,必須從上述設備的自動化程度入手,使其在井下可以自動完成采場定位、爆破穿孔、裝運和卸載等,從而避免人工作業(yè)的潛在危害,還可以提高開采效率。

2.3 地下自動采礦新工藝

采礦裝備技術(shù)的發(fā)展很大程度上受采礦工藝的發(fā)展影響,所以研究和開發(fā)新的自動采礦工藝技術(shù)對促進地下自動開采技術(shù)的進步十分重要。例如在一些特定地下圍巖條件下,傳統(tǒng)采礦工藝具有一定局限性,故研究并采用了無底柱分段崩落采礦新工藝,該項技術(shù)的進一步發(fā)展和廣泛的應用是在采礦設備技術(shù)水平提高的基礎(chǔ)上的,無底柱分段崩落采礦后因環(huán)境問題而被淘汰,目前又逐漸被新的采礦工藝所取代,如深孔爆破分段空場嗣后充填采礦法。所以,采礦自動控制技術(shù)的發(fā)展必然會促進采礦工藝的發(fā)展和創(chuàng)新,例如井巷布置、采礦規(guī)劃及設計、井下供電照明通風等輔助技術(shù)的運行管理等技術(shù)都需要進一步的探索和研究。

3 地下礦床自動開采技術(shù)的發(fā)展

未來我國地下礦床自動開采技術(shù)的發(fā)展主要從以下幾個方面展開。

3.1 企業(yè)主導的技術(shù)創(chuàng)新

一些大型與礦產(chǎn)資源開發(fā)有關(guān)的研究院所要和國有礦產(chǎn)資源開發(fā)企業(yè)通力合作,在國家中長期發(fā)展規(guī)劃過程中,重點建設一些礦產(chǎn)資源開發(fā)領(lǐng)域的研究技術(shù)中心或者重點實驗室等,然后充分發(fā)揮科研院所和大型國企各自的優(yōu)勢,將地下自動采礦技術(shù)作為重點攻關(guān)的方向之一,然后對其進行針對性的研究和探索及應用和實踐,在技術(shù)創(chuàng)新過程中,要充分了解礦業(yè)企業(yè)的實際需要,同時還應充分了解或引進國外已有的先進技術(shù),然后開發(fā)具有自主產(chǎn)權(quán)的自動采礦技術(shù)和裝備,提高科研院所的自主創(chuàng)新能力,同時也可提高礦業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)力。

3.2 高校建設相關(guān)學科和人才體系

高等院校作為國家科學研究領(lǐng)域的主導力量,尤其是一些科學研究能力強且具有礦業(yè)背景的院校,要尤其加強對自動采礦學科的研究,并建立相應的學科體系,在國家高新科技計劃例如“973”計劃、“863”計劃等科研項目的資金支持下,大力研究地下自動采礦技術(shù),同時應注意產(chǎn)學結(jié)合,還要建立全面的系統(tǒng)化的地下自動采礦技術(shù)研究人才體系,為我國自動采礦技術(shù)的發(fā)展起到推動作用。

3.3 重視學科間的交叉融合

任何一項科學技術(shù)都不能獨立的發(fā)展和進步,自動采礦技術(shù)也是如此,在其發(fā)展過程中,要尤其注意與其他學科技術(shù)的相互融合和促進,重視學科間的交叉領(lǐng)域,例如與傳感、通信、自動化、機械制造和采礦工藝等學科的相互配合,還要關(guān)注自動采礦與數(shù)字礦山技術(shù)和連續(xù)采礦等直接相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)系等。

4 結(jié)語

經(jīng)濟的不斷發(fā)展和社會的不斷進步對我國工業(yè)生產(chǎn)的效率有了更高的要求,而大力發(fā)展和研究地下礦產(chǎn)自動開采技術(shù)對于采礦業(yè)的高速發(fā)展具有至關(guān)重要的意義。本文總結(jié)了當前國內(nèi)外金屬礦床地下自動開采技術(shù)的現(xiàn)狀,然后分析了當前我國發(fā)展地下無人自動采礦技術(shù)所需的技術(shù)基礎(chǔ),最后指出了未來的發(fā)展方向。總而言之,未來我國必將全面實現(xiàn)地下礦床的無人自動開采,達到國際先進水平。

[1]李仲學,李翠平,劉雙躍.金屬礦床地下自動開采的前沿技術(shù)及其發(fā)展途徑[J].中國工程科學,2007,9(11)：16-20.

[2]石磊.地下采礦運載設備的發(fā)展趨勢[J].世界有色金屬,2008 (7)：76-79.

[3]李顯靖.逐步實現(xiàn)地下礦山全盤自動化[J].國外金屬礦山,1995,10：014.