采礦自動化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀研究

摘要：采礦自動化技術(shù)通過機械設(shè)備自動作業(yè)來完成礦產(chǎn)資源的開采，不僅能有效避免作業(yè)過程發(fā)生人員傷亡，而且自動化采礦技術(shù)還能準確分析礦區(qū)的資源特征并制定合理的開采計劃，有利于礦產(chǎn)資源的保護和開發(fā)，更加符合未來采礦作業(yè)的發(fā)展趨勢。本文系統(tǒng)總結(jié)了自動化采礦技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用現(xiàn)狀，指出了限制采礦自動化技術(shù)發(fā)展的因素。本文對于未來采礦自動化技術(shù)的進一步發(fā)展具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：礦山;采礦;自動化技術(shù);應(yīng)用現(xiàn)狀

1、引言

傳統(tǒng)的采礦作業(yè)多是通過人工來完成絕大部分的開采工作，人工采礦存在很大弊端。首先，因為采礦作業(yè)面對的環(huán)境因素具有很大的不確定性，所以對工人來講工作的危險性較高。而且由于人工采礦時工人大多是依靠經(jīng)驗進行作業(yè)，不能準確的分析礦區(qū)礦產(chǎn)資源的特征，所以不利于對礦產(chǎn)資源進行合理的開發(fā)和保護。相比與人工采礦，自動化采礦技術(shù)可以通過機械設(shè)備自動作業(yè)來完成礦產(chǎn)資源的開采，可以有效避免作業(yè)過程發(fā)生人員傷亡，可以在特殊惡劣環(huán)境下進行無人作業(yè)，同時自動化采礦技術(shù)還能準確分析礦區(qū)的資源特征并制定合理的開采計劃，有利于礦產(chǎn)資源的保護和開發(fā)。采礦自動化技術(shù)因為更先進，更安全，更高效，更精細化，可極大的降低人工成本，更加符合未來采礦作業(yè)的發(fā)展趨勢。

2、采礦自動化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

采礦自動化技術(shù)因為可以顯著提高礦山開采作業(yè)的生產(chǎn)效率，所以在礦山開采、開挖和運輸?shù)茸鳂I(yè)過程中逐漸被使用。采礦自動化技術(shù)在礦山開采作業(yè)過程中主要應(yīng)用在以下四個方面：自動化技術(shù)應(yīng)用于采礦機械設(shè)備，應(yīng)用于供液、排水系統(tǒng)，應(yīng)用于通風系統(tǒng)和應(yīng)用于裝卸運輸系統(tǒng)。

2.1、應(yīng)用于采礦機械設(shè)備

采礦機械是采礦作業(yè)的核心設(shè)備，采礦機械可以代替人工完成開采作業(yè)，有效提高礦山開采作業(yè)的效率。實現(xiàn)采礦機械的自動化控制，是采礦自動化技術(shù)的應(yīng)用核心。要實現(xiàn)采礦機械的自動控制，首先要以設(shè)備穩(wěn)定的參數(shù)閾值范圍為基礎(chǔ)，然后把牽引機、滾筒機等關(guān)鍵控制設(shè)備的實時工作狀態(tài)展示在作業(yè)人員面前。作業(yè)人員能夠根據(jù)采礦機械的運行數(shù)據(jù)及礦山資源的采集信息，來分析采礦機械的運行能力，及預測礦山內(nèi)部礦層里的阻礙。在礦山開采時，為了保證作業(yè)效率和進度，要根據(jù)礦山實際的作業(yè)環(huán)境，選擇更加合理的控制方式。典型的，自動化技術(shù)在采礦機械中的應(yīng)用主要包括曲首刀控制和采礦設(shè)備的運行控制，通過對曲首刀和運行控制做合理的配置，把相應(yīng)的自動化操控參數(shù)與運行狀況結(jié)合，采用自動化操控理論和智能記憶查找功能，及時的避免采礦設(shè)備在使用期間出現(xiàn)故障，保證礦山開采作業(yè)的穩(wěn)定進行。

2.2、應(yīng)用于供液、排水系統(tǒng)

采礦自動化技術(shù)在供液、排水系統(tǒng)中的應(yīng)用，是把自動控制與計算機數(shù)據(jù)處理相互結(jié)合的技術(shù)。在礦山的開采作業(yè)過程中，應(yīng)該根據(jù)礦井的實際狀況，選擇適合當前作業(yè)項目的供液、排水系統(tǒng)部件。對于自動化采礦系統(tǒng)里的供液系統(tǒng)，應(yīng)用時應(yīng)將生產(chǎn)管理目標、液位傳感器和料位計等核心功能模塊相結(jié)合。同時供液系統(tǒng)的順利運行不能缺少泵站、多級過濾及乳化液自動配比設(shè)備。供液系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅可以為自動化開采做出動力支持，還可以供應(yīng)恒壓的電力資源，配備可靠的優(yōu)質(zhì)乳化液和清潔功能，給礦井下的基本作業(yè)面提供控制基礎(chǔ)。對于自動化采礦系統(tǒng)里的排水系統(tǒng)，其可以對開采區(qū)的存水量和蓄水量做出精準高效的控制，此外還可以實時的檢測采區(qū)使用水的實際情況。將自動化技術(shù)應(yīng)用于礦山開采區(qū)的排水系統(tǒng)，精確記錄排水系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，分析有關(guān)的參數(shù)，可以及時的發(fā)現(xiàn)參數(shù)信息的有關(guān)問題，然后做出及時的調(diào)整。

2.3、應(yīng)用于通風系統(tǒng)

礦山開采過程中，礦山的通風系統(tǒng)直接關(guān)系到作業(yè)人員的生命安全，將自動化技術(shù)應(yīng)用到采礦作業(yè)的通風系統(tǒng)中，不僅可以有效保證所有相關(guān)作業(yè)工人的安全，而且還可以及時的處理礦山開采施工過程中的各種安全問題。將自動化技術(shù)應(yīng)用于通風系統(tǒng)的關(guān)鍵在于，通過自動化的各類傳感器將礦山開采時的有關(guān)信息收集起來，并通過高速光纖將相關(guān)的數(shù)據(jù)傳送出去進行處理。通過綜合使用先進的自動控制及傳感技術(shù)，能夠進一步的提高礦山采區(qū)通風系統(tǒng)的感應(yīng)度，從而避免礦山開采區(qū)的多種安全隱患。利用自動化中的遠程控制技術(shù)，可以達到遠程控制礦山開采區(qū)通風系統(tǒng)的目的。通過在某些特定端口布置檢測和通風設(shè)備，可以對每個通風口的風壓、氧濃度、風量和濕度進行監(jiān)測，進而實時了解礦山采區(qū)的狀況。若發(fā)生事故，監(jiān)測設(shè)備可以及時將有關(guān)的數(shù)據(jù)通過光纖傳遞到主站，并且自動化系統(tǒng)也能夠根據(jù)對應(yīng)的指令與程序?qū)νL系統(tǒng)做出調(diào)整。

2.4、應(yīng)用于裝卸運輸系統(tǒng)

在礦山開采作業(yè)時，礦石的裝卸運輸是一項關(guān)鍵環(huán)節(jié)。以前礦石的裝卸環(huán)節(jié)需要依賴大量的作業(yè)工人來完成，然而因為礦山采區(qū)作業(yè)工人有限，所以裝卸效率不高。裝卸工作需要消耗大量的人力物力，極大增加了礦山采區(qū)的成本。將自動化技術(shù)應(yīng)用于礦山開采區(qū)的裝卸工作，可以通過控制礦山裝卸的機械，實現(xiàn)礦物的自動裝卸運輸。在裝卸運輸過程中進行自動控制，可以有效提高作業(yè)效率，同時也能避免人為的失誤，可以保證裝卸運輸工作安全可靠的進行。此外，通過在礦山開采區(qū)使用自動化技術(shù)，還可以有效延長工作時長，提高工作量。典型的，通過使用PLC控制器，可以保證礦山開采區(qū)礦石裝卸工作高效、可靠的進行。在具體的操作過程中，能夠使用有關(guān)的裝置來管控運輸用設(shè)備，還能夠持續(xù)的改善和優(yōu)化相關(guān)遠程運輸控制技術(shù)。此外，應(yīng)用自動化控制技術(shù)可以對礦石裝卸運輸?shù)母鱾€流程進行監(jiān)測，確保礦山開采區(qū)裝卸運輸流程的穩(wěn)定。

3. 采礦自動化技術(shù)應(yīng)用的限制因素

雖然采礦自動化技術(shù)應(yīng)用于礦山開采作業(yè)可以提高生產(chǎn)效率，但是目前仍有部分礦山未采用或極少使用采礦自動化技術(shù)，采礦自動化技術(shù)在國內(nèi)礦山的應(yīng)用范圍仍然不夠廣泛。限制采礦自動化技術(shù)在礦山應(yīng)用的因素有很多，主要限制因素有以下三點即：成本因素、技術(shù)因素和環(huán)境因素。

3.1、成本因素

由于目前國內(nèi)礦業(yè)公司本身經(jīng)營利潤不高，而要在礦山應(yīng)用采礦自動化技術(shù)需要的前期投資較大，所以出于控制投資成本的角度考慮，很多礦業(yè)公司的礦山，尤其是中小型礦業(yè)公司的礦山仍不愿意在礦山推廣采礦自動化技術(shù)。具體的來講，在礦山推廣使用采礦自動化技術(shù)的成本主要包括兩個方面：一方面是設(shè)備、系統(tǒng)的建設(shè)成本;另一方面是礦山開采區(qū)作業(yè)工人的培訓成本。因為采礦自動化技術(shù)所依賴的主要設(shè)備精度要求高，而且采礦自動化技術(shù)依賴的系統(tǒng)本身比較龐大即包括了數(shù)據(jù)采集、信號傳輸、數(shù)據(jù)處理模塊，所以在礦山采區(qū)推廣自動化技術(shù)需要等待建設(shè)成本高。此外，對于礦山開采區(qū)的作業(yè)人員來將，采礦自動化技術(shù)是一項之前從未接觸過的全新的技術(shù)。要熟練應(yīng)用采礦自動化技術(shù)，還需要花費大量的時間對作業(yè)工人進行培訓，鑒于目前國內(nèi)中小礦山企業(yè)作業(yè)工人受教育程度普遍不高，所以培訓難度和成本都比較高。因此要在礦山推廣采礦自動化技術(shù)，需要降低成本因素的限制。

3.2、技術(shù)因素

技術(shù)水平的高低直接會影響到采礦自動化技術(shù)應(yīng)用效率的高低，同時技術(shù)因素也是在復雜地質(zhì)與環(huán)境條件下進行精細化礦石資源采掘作業(yè)的基礎(chǔ)。采礦自動化本身的技術(shù)難度較大，它涵蓋了大數(shù)據(jù)、云計算以及物聯(lián)網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)。而且對于自動化采礦系統(tǒng)，其功能模塊為網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)形態(tài)，要對其做深度分析就要綜合考慮多種因素，典型的包括數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)信號處理及控制終端等因素。當前國內(nèi)采礦自動化技術(shù)雖然取得了一定的成果，并在礦山采區(qū)的供液排水、通風、裝卸運輸領(lǐng)域進行了應(yīng)用，但是由于受到技術(shù)因素的限制，現(xiàn)有自動化技術(shù)在實際應(yīng)用的過程中也存在諸多的問題，典型的就是因為現(xiàn)有的用于信號采集的感應(yīng)器因為對環(huán)境變化不太敏感，所以在信息捕集的準確性上仍然存在一定的問題。要將采礦自動化技術(shù)廣泛應(yīng)用于礦山采區(qū)，需要繼續(xù)對當前技術(shù)進行改善和優(yōu)化，當技術(shù)因素的限制被消除后，采礦自動化技術(shù)能夠獲得進一步發(fā)展。

3.3、環(huán)境因素

環(huán)境因素是影響礦山開采效率與質(zhì)量的重要因素之一，同時也是一種影響礦產(chǎn)資源開采風險的不可控因素?，F(xiàn)有礦山進行開采作業(yè)時，影響開采作業(yè)效率與質(zhì)量的環(huán)境因素主要有礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)及空間物質(zhì)組分，它們分別具有不穩(wěn)定和不確定的特性，都可能增加開采作業(yè)的安全風險。

4、結(jié)論

本文系統(tǒng)分析了目前采礦自動化技術(shù)在國內(nèi)礦山的應(yīng)用現(xiàn)狀，總結(jié)出目前采礦自動化技術(shù)在國內(nèi)礦山開采時主要用于采礦機械設(shè)備，供液、排水系統(tǒng)，通風系統(tǒng)和裝卸運輸系統(tǒng)四個方面。通過分析采礦自動化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，本文指出了限制其推廣應(yīng)用的三大限制因素，即成本因素、技術(shù)因素和環(huán)境因素，并詳細分析了三大限制因素的具體影響。本文對于采礦自動化技術(shù)的進一步發(fā)展和推廣具有一定的促進作用。

參考文獻

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作者簡介：張金福（1983-），男，云南寧蒗人，工程師，本科，工作方向：自動化控制，儀器儀表，項目管理等。