鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化出礦系統(tǒng)在上向分層充填采場(chǎng)的應(yīng)用研究

梁新民,王懷勇,陳小偉,張維國(guó),2

（1.中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司,北京 100038；2.北京科技大學(xué) 土木與資源工程學(xué)院,北京 100083）

0 前言

國(guó)內(nèi)大部分有色金屬礦山采用充填法進(jìn)行開采,充填開采具有顯著的作業(yè)地點(diǎn)分散、工序復(fù)雜且時(shí)空上彼此約束等特點(diǎn),屬于典型的離散式作業(yè),相對(duì)于崩落法,充填法采場(chǎng)回采工序較為復(fù)雜,采礦成本高,采場(chǎng)作業(yè)的機(jī)械化、自動(dòng)化水平低,手持鑿巖、人工裝藥、撬毛作業(yè)的礦山較為普遍。隨著淺部礦產(chǎn)資源的耗竭,礦山轉(zhuǎn)入深部開采階段,面臨“三高一擾動(dòng)”的特殊開采條件,井下工作環(huán)境更加惡劣,安全隱患日益突出。傳統(tǒng)礦山通過應(yīng)用智能化技術(shù),提升采礦裝備的自動(dòng)化、智能化水平,可以大幅度減少井下作業(yè)人員,實(shí)現(xiàn)“采礦辦公室化”,為實(shí)現(xiàn)礦山安全高效開采創(chuàng)造了條件,尤其在有巖爆危險(xiǎn)的深井礦山、大水礦山,有自燃危險(xiǎn)等特殊開采條件的礦山具有更突出的意義,因此,智能化采礦技術(shù)被認(rèn)為是未來地下礦山發(fā)展的主要方向之一[1]。

1 國(guó)內(nèi)外鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化出礦技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化出礦技術(shù)現(xiàn)狀

自20世紀(jì)60年代美國(guó)瓦格納(Wagner)公司在Grandview礦山成功實(shí)驗(yàn)第一臺(tái)ST-5型鏟運(yùn)機(jī)以來,鏟運(yùn)機(jī)以其高效、靈活、機(jī)動(dòng)、多用和生產(chǎn)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),在世界各國(guó)的地下礦山開采中,被迅速推廣開來并得到了廣泛的應(yīng)用。隨著電子技術(shù)和信息化技術(shù)的高速發(fā)展,地下鏟運(yùn)機(jī)的自主控制技術(shù)又得到迅猛發(fā)展。

按照自動(dòng)化控制程度可以鏟運(yùn)機(jī)劃分為四代。第一代地下鏟運(yùn)機(jī)是人工操控、液壓控制,鏟運(yùn)機(jī)需要有操作人員在駕駛室操控進(jìn)入采場(chǎng)進(jìn)行作業(yè),存在安全問題。為了解決此類問題,避免工人進(jìn)入危險(xiǎn)采空區(qū),出現(xiàn)了第二代視距遙控鏟運(yùn)機(jī),操作人員在可視范圍內(nèi)遠(yuǎn)程遙控鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)入采空區(qū)鏟裝、卸料,有在5～250 m范圍內(nèi)操控的無線電視距遙控和在5～500 m范圍內(nèi)操控的視頻遙控兩種方式。但這種控制方式有顯而易見的缺點(diǎn),由于地下灰塵和光線問題,操作人員遙控操作時(shí)視線不好,導(dǎo)致鏟裝時(shí)很難裝滿,同樣存在安全和效率問題?；谏鲜鋈秉c(diǎn)出現(xiàn)了第三代地下鏟運(yùn)機(jī),操作人員可以在地下設(shè)置的控制室或地表中控室等遠(yuǎn)距離操控鏟運(yùn)機(jī),使操作人員可以遠(yuǎn)離危險(xiǎn)作業(yè)區(qū),但這種方式需要操作人員專心駕駛一臺(tái)設(shè)備,稍有疏忽會(huì)出現(xiàn)意外事故。為了防止類似情況的發(fā)生,第四代半自主或自主操控地下鏟運(yùn)機(jī)應(yīng)運(yùn)而生,即部分實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或整個(gè)過程全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化[2]。

目前地下鏟運(yùn)機(jī)己經(jīng)發(fā)展到具有自主控制功能的第四代鏟運(yùn)機(jī)。依靠自身攜帶的相關(guān)傳感器完成姿態(tài)信息獲取的同時(shí),能夠自主識(shí)別周圍環(huán)境信息,指導(dǎo)其下一步控制策略。以鏟運(yùn)機(jī)的工作為例,其最主要的工作是在裝載點(diǎn)和卸載點(diǎn)之間來回往復(fù)鏟裝、運(yùn)輸和卸載礦石,在這過程中,鏟運(yùn)機(jī)的自主鏟裝、自主行駛、自主卸載等關(guān)鍵技術(shù)構(gòu)成了鏟運(yùn)機(jī)的自主控制系統(tǒng)。由于這些功能均在車載計(jì)算機(jī)的控制下自主完成,可大大節(jié)省人力和提髙開采效率,一個(gè)人可以控制多臺(tái)鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程作業(yè),第四代鏟運(yùn)機(jī)自主控制技術(shù)的發(fā)展,引領(lǐng)著未來智能化采礦的發(fā)展方向。

國(guó)外著名的鏟運(yùn)機(jī)生產(chǎn)廠家瑞典的安百拓(Epiroc)、山特維克(Sandvik)和美國(guó)的卡特彼勒(Caterpillar)等通過長(zhǎng)期的理論研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),分別推出了各具特點(diǎn)的鏟運(yùn)機(jī)自主行駛和卸載控制系統(tǒng),如山特維克搭載AutoMine系統(tǒng)的自動(dòng)化鏟運(yùn)機(jī)、安百拓搭載Scooptram Automation系統(tǒng)的自動(dòng)化鏟運(yùn)機(jī)和卡特彼勒搭載MINEGEM系統(tǒng)的自動(dòng)化鏟運(yùn)機(jī),自20世紀(jì)90年代起,開始在國(guó)外礦山進(jìn)行了大量推廣應(yīng)用,如圖1所示,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,并且隨著自動(dòng)化駕駛技術(shù)的成熟逐步擴(kuò)展到了無人駕駛礦卡、自動(dòng)化鑿巖臺(tái)車及輔助主作業(yè)車輛,距離井下實(shí)現(xiàn)無人化開采的夢(mèng)想更近了一步。

圖1 國(guó)外地下礦山應(yīng)用鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化和礦卡時(shí)間表

1.2 國(guó)內(nèi)鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化出礦技術(shù)現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)礦山經(jīng)過多年的數(shù)字礦山工程建設(shè),信息化水平不斷提高,逐漸形成了覆蓋礦山主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)的通信網(wǎng)絡(luò)及信息管理系統(tǒng),具備了駕馭更高水平信息系統(tǒng)的能力。隨著礦山安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格以及礦山開采條件的挑戰(zhàn)性逐漸升高,對(duì)礦山建設(shè)自動(dòng)化、智能化和無人化等提出了更高的期望和要求。

國(guó)內(nèi)對(duì)井下采礦設(shè)備的自動(dòng)化控制系統(tǒng)研究起步較晚。近年來,通過國(guó)家“十二五”863計(jì)劃的科技攻關(guān),為無軌裝備的自動(dòng)化、智能化和無人化開采作業(yè)提供了技術(shù)支撐。主要的一些采礦設(shè)備生產(chǎn)廠家通過引進(jìn)、消化歐美國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)以及加強(qiáng)與科研院所和自動(dòng)化公司的合作,以鏟運(yùn)機(jī)出礦遠(yuǎn)程遙控為核心的采礦自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)形成,能夠達(dá)到中深孔鑿巖遠(yuǎn)程遙控、鏟運(yùn)機(jī)出礦遠(yuǎn)程遙控與自主運(yùn)行、溜井口固定破碎錘遠(yuǎn)程遙控、地下無人運(yùn)礦卡車及無人駕駛電機(jī)車運(yùn)輸系統(tǒng)、啟用撬毛、錨固、噴漿等輔助臺(tái)車設(shè)備作業(yè)的階段,礦山井下作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度顯著降低。如凡口鉛鋅礦、大尹格莊金礦等實(shí)現(xiàn)了鏟運(yùn)機(jī)視距內(nèi)或者遠(yuǎn)程遙控操作,解決了礦山生產(chǎn)采場(chǎng)安全問題。冬瓜山銅礦、紅牛銅礦進(jìn)行無人駕駛電機(jī)車升級(jí)改造,減人增效明顯。金川二礦區(qū)及三山島金礦分別進(jìn)行了坑內(nèi)礦卡及鑿巖臺(tái)車的地表遠(yuǎn)程遙控作業(yè)的嘗試,并取得了一定的經(jīng)驗(yàn)。

目前國(guó)內(nèi)部分地下礦山正逐步試驗(yàn)推廣第四代井下全自動(dòng)化作業(yè)鏟運(yùn)機(jī),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)采場(chǎng)環(huán)境感知和判斷,實(shí)現(xiàn)真正的無人采礦作業(yè)。綜合以上,目前我國(guó)地下金屬礦山的信息化、自動(dòng)化水平逐漸接近國(guó)際水平,一些礦山已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了固定設(shè)備無人值守和關(guān)鍵工序的遠(yuǎn)程控制,為未來全面實(shí)現(xiàn)礦山無人化開采奠定了一定的基礎(chǔ)。

2 鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化出礦系統(tǒng)應(yīng)用案例

國(guó)外礦山應(yīng)用鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化出礦的時(shí)間較早,積累了許多現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了鏟運(yùn)機(jī)鏟裝、運(yùn)輸、卸載全過程自動(dòng)化,目前應(yīng)用比較成功的礦山有芬蘭的Pyh?salmi銅礦、加拿大的Kidd Creek銅金礦、瑞典的Malmberget和Kiruna鐵礦、澳大利亞Northparkes銅礦等。

芬蘭Pyh?salmi Mine礦是礦山自動(dòng)化的倡導(dǎo)者和實(shí)踐者,該礦采用空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ㄩ_采,裝備有3套Sandvik公司的AutoMine-Lite鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化出礦系統(tǒng),每臺(tái)LH621型鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化(鏟運(yùn)機(jī)從采場(chǎng)到溜井平均運(yùn)距250 m)每年出礦量可達(dá)30萬噸,整個(gè)礦山產(chǎn)量較使用鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化前的80萬t提高到140萬t以上,全員勞動(dòng)生產(chǎn)率20t/人天左右。自動(dòng)化出礦技術(shù)既降低了礦山采礦安全風(fēng)險(xiǎn),又節(jié)省了人員交接班時(shí)間,提高了設(shè)備的利用效率[3]。

圖2 鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制界面

加拿大的Kidd Creek礦采用下向深孔和上向水平分層充填采礦法,開采深度達(dá)到3 120 m。該礦裝備了4套Sandvik公司的單臺(tái)鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制4臺(tái)LH514型鏟運(yùn)機(jī),操作站位于地表中央控制室。單臺(tái)鏟運(yùn)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)行駛、自動(dòng)卸礦及遠(yuǎn)程遙控鏟裝。由于該礦井深達(dá)3 000 m,地表距離井下距離較大,設(shè)備和人員從地表到井下的消耗時(shí)間較長(zhǎng),每天可達(dá)到的有效工作時(shí)間為12 h,當(dāng)采用自動(dòng)化采礦技術(shù)后,每天的有效工作時(shí)間可延長(zhǎng)至15 h,同時(shí)礦山的生產(chǎn)能力提高50%。

瑞典Malmberget鐵礦同Kiruna鐵礦一樣,同屬于LKAB公司經(jīng)營(yíng),該礦采用無底柱分段崩落法開采,采用卡特彼勒鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化MINEGEM系統(tǒng),操作員可以在十分舒適的操控室內(nèi)進(jìn)行工作,避免操作人員在危險(xiǎn)環(huán)境下工作,降低了駕駛疲勞感。此外,該系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)還包括:運(yùn)行速度更快、大幅提高生產(chǎn)效率；設(shè)備故障率降低、大幅提升設(shè)備使用率；爆破后通風(fēng)期間內(nèi)可以繼續(xù)工作,而不受因通風(fēng)排煙對(duì)有作業(yè)時(shí)間的影響,有效作業(yè)時(shí)間延長(zhǎng)4～6 h,礦山生產(chǎn)效率提升25%左右。與此同時(shí),設(shè)備發(fā)生碰撞的幾率以及發(fā)生碰撞后維修設(shè)備和修補(bǔ)受損區(qū)域的時(shí)間都已降為零[4-6]。

洛鉬集團(tuán)位于澳大利亞的Northparkes礦采用自然崩落開采,井下出礦采用AutoMine Fleet系統(tǒng),可以同時(shí)控制多臺(tái)鏟運(yùn)機(jī)自主出礦,該系統(tǒng)的可用性達(dá)到95%以上,而且每班次平均運(yùn)行時(shí)間在10 h以上,該礦是目前全球唯一實(shí)現(xiàn)100%全自動(dòng)化采礦作業(yè)的礦山。

3 自動(dòng)化出礦試驗(yàn)采場(chǎng)建設(shè)

3.1 礦山概況

某金礦位于山東省煙臺(tái)市,控礦斷裂主要為招(遠(yuǎn))—平(度)斷裂帶,礦體傾角與斷裂帶傾角相近,約20°～40°,上盤直接頂板為斷層泥和碳酸鹽化變粒巖質(zhì)碎裂巖,巖層軟弱、遇水易坍塌,嚴(yán)重影響著主裂面處的回采安全和回收率。目前礦山生產(chǎn)能力為3 500 t/d,采用點(diǎn)柱式上向水平分層充填法,如圖3所示,資源損失率近20%。

圖3 點(diǎn)柱式上向水平分層充填法

井下最低開采中段距離地表近900 m,采場(chǎng)工作面環(huán)境惡劣,潛在深部開采巖爆和熱害的風(fēng)險(xiǎn)。隨著開采深度的增加,地質(zhì)資源的品位也有下降趨勢(shì)。為了保持礦山的經(jīng)濟(jì)效益,改善工人作業(yè)條件,推進(jìn)智能礦山建設(shè),必須研究與自動(dòng)化采礦系統(tǒng)相適應(yīng)的自動(dòng)化采礦新工藝和運(yùn)營(yíng)管理模式,提高采場(chǎng)出礦強(qiáng)度,降低貧化損失率,同時(shí)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自主出礦,防止深井開采安全事故,提高單位人和自動(dòng)化設(shè)備的生產(chǎn)效率。因此建立井下自動(dòng)化出礦試驗(yàn)采場(chǎng)尤為必要。作為智能礦山建設(shè)的一部分,該礦采購(gòu)了一套鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化出礦系統(tǒng)用于井下遠(yuǎn)程出礦試驗(yàn),待系統(tǒng)運(yùn)行成熟穩(wěn)定后逐步擴(kuò)大到全礦工作面,減少井下作業(yè)人數(shù)。

3.2 鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化出礦系統(tǒng)

鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)一般由地表監(jiān)控操作平臺(tái)、自動(dòng)化采區(qū)門禁系統(tǒng)、井下通訊系統(tǒng)MineLAN以及自動(dòng)化鏟運(yùn)機(jī)車載控制系統(tǒng)等構(gòu)成,如圖4所示。井下無軌設(shè)備自動(dòng)化采礦系統(tǒng)具有自主導(dǎo)向功能,可對(duì)運(yùn)行環(huán)境的感知,可建立巷道環(huán)境感知模型,實(shí)現(xiàn)鏟運(yùn)機(jī)最佳行駛路線的規(guī)劃和障礙物的自主規(guī)避,可實(shí)現(xiàn)從裝礦、運(yùn)行到卸礦全流程自動(dòng)化作業(yè)。

圖4 井下鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化出礦系統(tǒng)

與傳統(tǒng)的人在駕駛室操作鏟運(yùn)機(jī)出礦相比,鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化出礦系統(tǒng)具有以下顯著特點(diǎn),如表1所示。

表1 鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化出礦系統(tǒng)的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)

3.3 鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化出礦試驗(yàn)采場(chǎng)位置選擇

鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化出礦試驗(yàn)采場(chǎng)應(yīng)盡量選擇在礦體連續(xù)、礦量集中,且不影響正常生產(chǎn)的區(qū)域。根據(jù)該金礦的中段開拓情況和礦體形態(tài),試驗(yàn)采場(chǎng)初步選擇在2#礦體-556 m中段的69～70線之間。該區(qū)段礦體一分段水平厚度在20～40 m,平均厚度34 m。

3.4 鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化出礦試驗(yàn)采場(chǎng)建設(shè)

分析國(guó)外自動(dòng)化采礦成功的案例,大多礦山都是礦體規(guī)模較大、采用階段崩落法、自然崩落法或者空?qǐng)鏊煤蟪涮铋_采的礦山,主要原因是這些方法作業(yè)工序比較簡(jiǎn)單、單循環(huán)出礦量大,出礦點(diǎn)相對(duì)固定的特點(diǎn),容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化采礦和連續(xù)生產(chǎn)。在采用分層充填、進(jìn)路式充填等采礦工藝的礦山應(yīng)用鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化的案例則很少,充填法開采的采場(chǎng)一般生產(chǎn)能力較小,多采場(chǎng)交叉作業(yè),自動(dòng)化設(shè)備的利用率較低。在這類礦體中研究鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化出礦試驗(yàn)采場(chǎng)的布置,具有一定的引領(lǐng)示范作用。

(1)自動(dòng)化采礦作業(yè)的特點(diǎn)

自動(dòng)化采礦技術(shù)作為一種高效、節(jié)約、安全的礦山新型開采模式,是以開采工藝、智能裝備、操作平臺(tái)為核心的遠(yuǎn)程自動(dòng)化采礦技術(shù)體系。建設(shè)現(xiàn)代化智能生態(tài)礦山,如何實(shí)現(xiàn)井下生產(chǎn)作業(yè)的少人化、無人化是其中的核心。需要結(jié)合礦體的賦存特征、回采工藝以及開拓系統(tǒng),對(duì)傳統(tǒng)采場(chǎng)的采切工程布置方式進(jìn)行創(chuàng)新優(yōu)化,使之適應(yīng)自動(dòng)化采礦作業(yè)的要求,滿足盤區(qū)內(nèi)各采場(chǎng)之間鑿巖、出礦、充填以及輔助生產(chǎn)作業(yè)工序相對(duì)獨(dú)立,又能夠協(xié)同作業(yè),最大程度延長(zhǎng)鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化連續(xù)出礦的時(shí)間,從而提高單位人和自動(dòng)化設(shè)備的生產(chǎn)效率。同傳統(tǒng)采礦作業(yè)工序相比,在采礦設(shè)計(jì)布置、生產(chǎn)計(jì)劃安排、生產(chǎn)管理等方面存在顯著的差異,如表2所示。

表2 傳統(tǒng)采礦作業(yè)與自動(dòng)化采礦作業(yè)之間的差異

(2)自動(dòng)化出礦采場(chǎng)生產(chǎn)管理流程

井下自動(dòng)化出礦采場(chǎng)以智能采礦設(shè)備為管理對(duì)象,利用信息化手段在地表管控中心對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和工作量完成情況實(shí)時(shí)監(jiān)控,可及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃,遠(yuǎn)程下發(fā)設(shè)計(jì)文件,實(shí)現(xiàn)短流程SIC控制,從而提高設(shè)備的利用率和采場(chǎng)生產(chǎn)能力。鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化出礦采場(chǎng)指令傳遞流程如圖5所示。

圖5 鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化出礦采場(chǎng)指令傳遞流程

(3)自動(dòng)化出礦試驗(yàn)采場(chǎng)采準(zhǔn)系統(tǒng)布置

鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化出礦系統(tǒng)的采準(zhǔn)系統(tǒng)要求盡可能更多的連續(xù)作業(yè)時(shí)間,并且作業(yè)區(qū)域相對(duì)獨(dú)立,避免因無關(guān)人員和設(shè)備進(jìn)入門禁區(qū)域而造成鏟運(yùn)機(jī)停機(jī)。溜井布置和行走線路盡量簡(jiǎn)單,減少調(diào)頭工序,減少無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋盲區(qū)。每次出礦時(shí)間盡量長(zhǎng),從而體現(xiàn)出其連續(xù)作業(yè)的優(yōu)勢(shì)。為實(shí)現(xiàn)鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化的高效率作業(yè),礦塊及采場(chǎng)布置必須圍繞這一核心來布置與展開。對(duì)原采礦工藝進(jìn)行優(yōu)化,在厚大礦體處采用垂直走向上向水平分層充填法,試驗(yàn)采場(chǎng)的采準(zhǔn)系統(tǒng)布置如圖6所示。

圖6 垂直走向上向水平分層充填法（鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化出礦）

將礦體劃分為盤區(qū),以盤區(qū)為回采單元組織生產(chǎn)。沿礦體走向每120 mm劃分為一個(gè)盤區(qū),盤區(qū)內(nèi)劃分為兩個(gè)礦塊,單個(gè)礦塊長(zhǎng)60 m,寬為礦體厚度。中段高度60 m,分段高度12 m,分層回采高度3 m,控頂高度4.5 m。首采分層回采結(jié)束后,需制作鋼筋混凝土人工假底,作為下中段采場(chǎng)的頂柱,不留頂柱、底柱和間柱,以提高資源的回收率。每個(gè)礦塊設(shè)若干條垂直走向布置的采場(chǎng),每個(gè)采場(chǎng)長(zhǎng)為礦體厚度。礦塊分礦房和礦柱進(jìn)行兩步驟回采,垂直礦體走向間隔布置。

采準(zhǔn)工程布置在礦體下盤,采準(zhǔn)切割主要工程有分段巷道、分段聯(lián)絡(luò)道、分層聯(lián)絡(luò)道、沿脈分層巷道、溜井、人行充填回風(fēng)井、聯(lián)絡(luò)道等。爆破結(jié)束后,遠(yuǎn)程控制7t自動(dòng)化電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行出礦作業(yè),礦石卸入脈外溜井內(nèi)。分段聯(lián)絡(luò)道里設(shè)置門禁系統(tǒng),保證自主出礦時(shí),不受相鄰礦塊內(nèi)采場(chǎng)作業(yè)的影響,提高鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化的出礦效率。

頂板采用長(zhǎng)錨索+噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。采場(chǎng)回采完畢后即進(jìn)行充填準(zhǔn)備工作,充填管由人行充填回風(fēng)井下放到采場(chǎng)。試驗(yàn)采場(chǎng)內(nèi)其他輔助作業(yè)設(shè)備均采用機(jī)械化作業(yè),配置與主體采礦設(shè)備自動(dòng)化水平相匹配,充填擋墻采用輕體充填擋墻制作工藝,縮短各工序循壞時(shí)間。

(4)效益估算

結(jié)合國(guó)內(nèi)外充填法開采礦山使用鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化出礦系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn),在自動(dòng)化出礦設(shè)備和系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠,維保團(tuán)隊(duì)綜合素質(zhì)較高的情況下,自動(dòng)化鏟運(yùn)機(jī)的綜合利用率可提高10%～30%,鏟運(yùn)機(jī)的行走速度可提高15%～35%。若鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化速度按提高20%計(jì)算,設(shè)備利用率按提高10%計(jì)算,自動(dòng)化鏟運(yùn)機(jī)臺(tái)班效率可達(dá)400 t/(臺(tái)·班),相比同載重電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)出礦效率提高提高24%。

自動(dòng)化鏟運(yùn)機(jī)車載系統(tǒng)搭載多種精密傳感器,具有自我診斷功能,可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度,液壓油溫,傳動(dòng)數(shù)據(jù),輪胎壓力等,預(yù)測(cè)性維護(hù)的好處在于機(jī)械維修工可以在設(shè)備發(fā)生故障前或者定期維護(hù)之前更換有問題的設(shè)備零件,從而不會(huì)因?yàn)樵O(shè)備停機(jī)影響井下出礦任務(wù)。參考國(guó)外礦山的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),相比礦山有人駕駛的鏟運(yùn)機(jī),自動(dòng)化設(shè)備的維護(hù)成本可降低20%～35%。

自動(dòng)化采區(qū)門禁系統(tǒng)將設(shè)備和人員完全隔離,保證了井下自動(dòng)化生產(chǎn)安全。礦工逐漸得以從井下惡劣的工作環(huán)境中解放,轉(zhuǎn)移到舒適安全的地表遠(yuǎn)程遙控室內(nèi),生產(chǎn)效率、作業(yè)環(huán)境都大為改善,礦山的安全風(fēng)險(xiǎn)將顯著降低,同時(shí)改變了傳統(tǒng)礦山的運(yùn)營(yíng)管理方式。

4 結(jié)論

(1)自動(dòng)化、智能化技術(shù)的發(fā)展將不斷促進(jìn)采礦工藝的變革與創(chuàng)新。隨著深部資源開采愈加惡劣,安全環(huán)保的要求更加嚴(yán)格,在分層充填或進(jìn)路充填法礦山中建設(shè)鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化出礦試驗(yàn)采場(chǎng)具有一定的引領(lǐng)示范作用。

(2)為了充分發(fā)揮自動(dòng)化出礦設(shè)備的效率,輔助鑿巖、裝藥、支護(hù)等設(shè)備要與主體自動(dòng)化采礦設(shè)備和系統(tǒng)配套到位,加快采場(chǎng)的循環(huán)的速度；建立礦山生產(chǎn)信息管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)井下生產(chǎn)短流程控制,提高采場(chǎng)的綜合生產(chǎn)能力和勞動(dòng)效率。

(3)先進(jìn)的礦山管理運(yùn)營(yíng)理念是實(shí)現(xiàn)安全高效開采的關(guān)鍵,其中人是核心因素。在引進(jìn)自動(dòng)化裝備和系統(tǒng)的同時(shí),需要加強(qiáng)組織培訓(xùn)、提高員工的素質(zhì)以及智能化設(shè)備的綜合維保能力,避免出現(xiàn)木桶短板效應(yīng)。

(4)目前國(guó)家和行業(yè)層面正在大力推進(jìn)智能礦山建設(shè),尤其在以5G、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)為代表的新一輪科技革命趨勢(shì)下,將不斷推進(jìn)傳統(tǒng)礦業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí),推動(dòng)井下自動(dòng)化示范采場(chǎng)的建設(shè),向“無人則安”的安全生產(chǎn)理念邁進(jìn)。