金屬礦山采礦技術(shù)與工藝的發(fā)展探討

摘要：金屬礦山開(kāi)采工作需要強(qiáng)調(diào)技術(shù)、工藝控制，以保證采礦效率、質(zhì)量和工作安全。本文 以金屬礦山采礦技術(shù)與工藝現(xiàn)狀為切入點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上分析可行的優(yōu)化建議，就優(yōu)化思路、重點(diǎn)技術(shù)等進(jìn)行論述，包括智能控制、多主體聯(lián)動(dòng)等。最后就金屬礦山采礦技術(shù)與工藝的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行簡(jiǎn)述，以客觀呈現(xiàn)相關(guān)技術(shù)和工藝的優(yōu)勢(shì)、特點(diǎn)，也為金屬礦山采礦活動(dòng)的持續(xù)發(fā)展提供少許參考。

關(guān)鍵詞：金屬礦山 采礦技術(shù) 工藝發(fā)展 智能控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TD85

Exploration of the Development of the Mining Technology and Process inof Metal Mines

LIU Guoxi FAN Jidong ZHANG Yongqiang

Altay Zhengyuan International Mining Co.， Ltd.，AltayHabahe，Xinjiang Uygur Autonomous Region，836700 China

Abstract： The mining workof metal mines requires emphasis on technology and process control to ensure mining the efficiency， quality， and work safety of mining. Starting from the current statussituation of the mining technology and processes in of metal mines， this paper analyzesfeasible optimization suggestionsare analyzed， anddiscussesoptimization ideas and key technologies are discussed， including intelligent control and multi-agent linkage.， andFfinally provides， a brief description of the development trend of metalthe mining technology and processes of metal mines， so as is provided to objectively present the advantages and characteristics of relevant technologies and processes， and toprovide some reference for the sustainable development of metalthe mining activitiesy of metal mines.Abstract：Metal mining work needs to emphasize technology and process control to ensure mining efficiency， quality， and work safety. This article takes the current status of mining technology and processes in metal mines as the starting point， analyzes feasible optimization suggestions， and discusses optimization ideas， key technologies， etc.， including intelligent control and multi-agent linkage. Finally， a brief description of the development trend of metal mining technology and processes is provided to objectively present the advantages and characteristics of relevant technologies and processes， and to provide some reference for the sustainable development of metal mining activities.

Key Words：Metal mines;Mining technology;Technological development; Intelligent control

采礦是自地殼內(nèi)和地表開(kāi)采礦產(chǎn)資源的技術(shù)和科學(xué)，其中技術(shù)性部分即采礦技術(shù)。我國(guó)金屬礦山采礦技術(shù)與工藝已經(jīng)比較成熟，能夠較有效的 地完成各類(lèi)金屬礦物開(kāi)采、運(yùn)輸，也能保證安全工作質(zhì)量。進(jìn)一步分析又可發(fā)現(xiàn)，隨著技術(shù)發(fā)展和理念進(jìn)步，當(dāng)前金屬礦山采礦技術(shù)與工藝也存在優(yōu)化的空間和必要，尤其是基于現(xiàn)場(chǎng)控制需要的智能技術(shù)、可服務(wù)遠(yuǎn)程控制的信息技術(shù)，有助于改善金屬礦山采礦技術(shù)與工藝水平，提升生產(chǎn)安全性。我國(guó)各地金屬礦山生產(chǎn)過(guò)程中，時(shí)有礦難發(fā)生，在此背景下，分析金屬礦山采礦技術(shù)與工藝現(xiàn)狀、優(yōu)化建議等，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 金屬礦山采礦技術(shù)與工藝現(xiàn)狀

1.1機(jī)械連續(xù)采礦技術(shù)與工藝

早期金屬礦山采用爆破采礦模式，該技術(shù)原理簡(jiǎn)單、工藝流程明確，大 但選礦難度大，也存在破壞圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的問(wèn)題，現(xiàn)已經(jīng)基本淘汰。當(dāng)前金屬礦山普遍采用機(jī)械連續(xù)切割法，以機(jī)械掘進(jìn)、機(jī)械鑿巖的形式完成采礦。該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在 在于精準(zhǔn)化水平高、安全性理想，能夠連續(xù)完成開(kāi)采、運(yùn)輸?shù)纫话愎ぷ鳎室脖容^理想[1]。從技術(shù)特征上看，機(jī)械連續(xù)采礦主要借助機(jī)械設(shè)備對(duì)綜采面進(jìn)行切割處理，通過(guò)動(dòng)力設(shè)備為開(kāi)采工作提供支持，其工藝一體化水平高，可以在開(kāi)采的同時(shí)完成裝載、運(yùn)輸。該技術(shù)的缺點(diǎn)在于受到地形條件下至 限制，如果金屬礦床形式復(fù)雜，難以通過(guò)機(jī)械連續(xù)采礦技術(shù)進(jìn)行開(kāi)采，工藝應(yīng)用難度和復(fù)雜性也對(duì)應(yīng) 相應(yīng)提升。

1.2高壓水射流破巖采礦技術(shù)與工藝

隨著爆破開(kāi)采技術(shù)的劣勢(shì)漸漸突顯，一些新式采礦方式、技術(shù)得到關(guān)注，包括高壓水射流破巖采礦在內(nèi)。該技術(shù)一般認(rèn)為產(chǎn)生于20世紀(jì)后期，其特點(diǎn)在于能夠用于中等及以下硬度巖體處理，以較強(qiáng)的水射流壓力快速進(jìn)行巖體破碎，完成選礦、運(yùn)輸?shù)群罄m(xù)作業(yè)。該技術(shù)主要特色在于能夠控制采礦過(guò)程中粉塵濃度較高的問(wèn)題，安全性理想[2]。但部分金屬礦山開(kāi)采難度大、巖體硬度高，高壓水射流破巖采礦無(wú)法應(yīng)用。該技術(shù)的工藝比較復(fù)雜，不能一體化完成采礦、運(yùn)輸、裝載活動(dòng)，且成本水平也偏高[3]。

1.3激光破巖采礦技術(shù)與工藝

部分金屬礦的價(jià)格高昂、 ，開(kāi)采過(guò)程中為避免出現(xiàn)非必要損耗，需要采用更精細(xì)化的技術(shù)，提升工藝水平，客觀 這在客觀上催生了激光破巖采礦技術(shù)。該技術(shù)主要利用激光產(chǎn)生的高熱光束進(jìn)行作業(yè)，高熱光束集中于巖體表面后，快速集中并產(chǎn)生較高熱能，使巖體局部因高溫影響被破壞，快速分解、熔化和汽化，實(shí)現(xiàn)切割破巖，價(jià)值較高的金屬礦物也可不受或少受影響，得到充分開(kāi)采[4]。從特點(diǎn)上看，激光破巖采礦精度高，但成本也較大，難以在所有金屬礦山中普遍使用。其工藝流程環(huán)節(jié)較少，但需要投入較多精力進(jìn)行工藝處理[5]。

2 金屬礦山采礦技術(shù)與工藝優(yōu)化建議

2.1基本思路

以當(dāng)前金屬礦山采礦作業(yè)中常見(jiàn)的機(jī)械連續(xù)采礦模式為例，其技術(shù)與工藝的優(yōu)化主要強(qiáng)調(diào)借助現(xiàn)代信息技術(shù)一體實(shí)現(xiàn)，包括工作效率、自適應(yīng)調(diào)整、安全控制等方面內(nèi)容。思路上主要強(qiáng)調(diào)對(duì)開(kāi)采作業(yè)的關(guān)鍵信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，同步組織信息對(duì)照，根據(jù)對(duì)照結(jié)果智能化確定工作模式、參數(shù)等，提升開(kāi)采作業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)管控合理，優(yōu)化工藝流程。其基本框架如圖1所示。

按照?qǐng)D1所示模式，在金屬礦山采礦作業(yè)過(guò)程中，利用現(xiàn)場(chǎng)控制終端，對(duì)粉塵濃度、巖體強(qiáng)度以及其他實(shí)時(shí)信息進(jìn)行采集，并實(shí)時(shí)傳遞給設(shè)備智能中心。后者根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的默認(rèn)程序，對(duì)實(shí)時(shí)信息進(jìn)行對(duì)照，根據(jù)對(duì)照結(jié)果下達(dá)各類(lèi)指令要求現(xiàn)場(chǎng)控制終端加以執(zhí)行，一些重點(diǎn)參數(shù)完成實(shí)時(shí)記錄以備后用。遠(yuǎn)程端工作人員對(duì)設(shè)備的工作程序進(jìn)行設(shè)定、調(diào)整，干預(yù)一些現(xiàn)場(chǎng)工作中的異常問(wèn)題，如設(shè)備損壞、參數(shù)異常等。在此思路下，機(jī)械連續(xù)采礦模式的安全性、工作效率、節(jié)能效應(yīng)等可以得到一定提升。

2.2重點(diǎn)技術(shù)

2.2.1智能控制

按照?qǐng)D1所示模式，機(jī)械連續(xù)采礦模式的工作能力得到提升，有助于改善金屬礦山采礦技術(shù)與工藝水平， 。實(shí)現(xiàn)該模式的關(guān)鍵在于優(yōu)化智能控制。以安全控制工作為例，金屬礦山采礦過(guò)程中，粉塵濃度過(guò)大時(shí)，可能引發(fā)爆炸問(wèn)題，影響作業(yè)質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益，也危及工作人員。默認(rèn)切割區(qū)域內(nèi)的粉塵濃度平均為F，則實(shí)際工作中受到作業(yè)時(shí)間、巖體類(lèi)別、礦物情況、作業(yè)參數(shù)等因素影響，切割區(qū)域內(nèi)的粉塵濃度往往圍繞F上下波動(dòng)，并有一定可能與F重疊，表現(xiàn)為：

[Fmin……F-3；F-2；F-1；F；F1；F2；F3；……；Fmax]（數(shù)據(jù)集1）

數(shù)據(jù)集1（1）中，F(xiàn)min表示切割區(qū)域內(nèi)的粉塵濃度的最低值，最小應(yīng)為0，；Fmax代表切割區(qū)域內(nèi)的粉塵濃度的最大允許值，超過(guò)該值，開(kāi)采區(qū)域內(nèi)存在一定爆炸風(fēng)險(xiǎn)。該數(shù)值應(yīng)由礦山工作部門(mén)根據(jù)業(yè)務(wù)類(lèi)別確定。具體工作中，由機(jī)械設(shè)備外置傳感器進(jìn)行粉塵濃度的實(shí)時(shí)采集，并將其提供給智能模塊進(jìn)行分析，后者對(duì)粉塵濃度F進(jìn)行分析，如果其處于Fmin、Fmax范圍內(nèi)，表明當(dāng)前切割區(qū)域內(nèi)粉塵濃度仍處于合理水平，無(wú)爆炸隱患，可繼續(xù)組織生產(chǎn)。

智能控制應(yīng)具有一定魯棒性，建議采用隨機(jī)森林法進(jìn)行智能決策。當(dāng)?shù)V山工作部門(mén)根據(jù)業(yè)務(wù)類(lèi)別確定Fmax具體值后，可將其代入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)記憶。開(kāi)采走作業(yè)開(kāi)始后，來(lái)自傳感器的信息應(yīng)關(guān)注實(shí)時(shí)性，以較短間隔（建議在5s之內(nèi)）不斷將切割區(qū)域內(nèi)粉塵濃度信息提供給設(shè)備智能單元進(jìn)行分析，對(duì)應(yīng)信息進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)后，由計(jì)算機(jī)內(nèi)置分析系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估，即隨機(jī)森林工作區(qū)，如果隨機(jī)森林內(nèi)50%決策樹(shù)認(rèn)為切割區(qū)域內(nèi)粉塵濃度接近、且高于Fmax，系統(tǒng)默認(rèn)當(dāng)前工作區(qū)域存在爆炸風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)出警報(bào)或啟動(dòng)抑塵設(shè)施進(jìn)行抑塵；如果隨機(jī)森林內(nèi)50%決策樹(shù)認(rèn)為切割區(qū)域內(nèi)粉塵濃度低于Fmax、 。系統(tǒng)默認(rèn)當(dāng)前工作區(qū)域不存在爆炸風(fēng)險(xiǎn)，不做警報(bào)和其他動(dòng)作，信息采集工作繼續(xù)進(jìn)行。此模式下，F(xiàn)max 具體值越精準(zhǔn)，隨機(jī)森林決策效率越高，機(jī)械連續(xù)采礦模式的安全性越理想。

2.2.2多主體聯(lián)動(dòng)

機(jī)械連續(xù)采礦模式在金屬礦山采礦工作中應(yīng)用普遍，屬于核心工作方法，為提升其技術(shù)水平、工藝質(zhì)量，還應(yīng)在實(shí)際工作中嘗試借助信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)多主體聯(lián)動(dòng)，需聯(lián)動(dòng)的主體包括遠(yuǎn)程工作人員、現(xiàn)場(chǎng)終端、輔助設(shè)備等，可采用CAN總線技術(shù)提供支持，將多主體的工作集成到相同的工作系統(tǒng)內(nèi)，其工作結(jié)構(gòu)如下： 如圖2所示。

按照?qǐng)D2所示模式，機(jī)械連續(xù)采礦模式下，控制中心利用CAN總線建立多信道獨(dú)立作業(yè)模式，將礦山工作人員、負(fù)責(zé)機(jī)械連續(xù)采礦的綜采設(shè)備以及其他主體納入一體化管控系統(tǒng)內(nèi)，以控制中心集中進(jìn)行控制，另預(yù)留若干閑置信道，為后續(xù)可能存在的控制需求提供保障。以上文所述的安全控制為例，綜采設(shè)備一端出現(xiàn)安全隱患，且通過(guò)抑塵處理不能消除，該信息通過(guò)CAN總線系統(tǒng)進(jìn)行傳輸，提供給控制中心，控制中心根據(jù)默認(rèn)程序進(jìn)行處理，并要求工作人員參與，以保證安全控制的實(shí)時(shí)性和有效性。多主體聯(lián)動(dòng)模式下，機(jī)械連續(xù)采礦工作的總體效益得到提升，其他環(huán)節(jié)工作也可以得到改善。

3 金屬礦山采礦技術(shù)與工藝的發(fā)展趨勢(shì)

3.1新技術(shù)的擴(kuò)展

對(duì)未來(lái)金屬礦山采礦技術(shù)與工藝的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望，可發(fā)現(xiàn)新技術(shù)的擴(kuò)展有可能成為其進(jìn)步主流。新技術(shù)擴(kuò)展主要是指針對(duì)金屬礦山開(kāi)采作業(yè)需要提供新的技術(shù)方法，或?qū)鹘y(tǒng)技術(shù)手段進(jìn)行更新，完善工藝流程。如例如：針對(duì)機(jī)械連續(xù)采礦模式進(jìn)行的優(yōu)化，可在關(guān)注安全工作的同時(shí)，重視引入遠(yuǎn)程一鍵控制機(jī)制，以提升參數(shù)控制能力，改善設(shè)備工作水平。一鍵控制可視作金屬礦山采礦技術(shù)信息化擴(kuò)展，根據(jù)礦山的生產(chǎn)計(jì)劃、設(shè)備工作情況，對(duì)開(kāi)采參數(shù)進(jìn)行更新，以一鍵操作的方式，直接將指令下達(dá)至設(shè)備作業(yè)終端，使其能夠嚴(yán)格遵照工作計(jì)劃實(shí)時(shí)進(jìn)行指令接收、參數(shù)調(diào)整，提升金屬礦山采礦技術(shù)與工藝應(yīng)用水平。

3.2工藝流程和重點(diǎn)環(huán)節(jié)優(yōu)化

金屬礦山采礦技術(shù)與工藝的進(jìn)步一般需要以生產(chǎn)需求為基礎(chǔ)，根據(jù)生產(chǎn)內(nèi)容和目標(biāo)，有針對(duì)性的 地進(jìn)行工作調(diào)整，包括工藝流程和重點(diǎn)環(huán)節(jié)優(yōu)化在內(nèi)。在機(jī)械連續(xù)采礦模式下，一些貴重金屬在運(yùn)輸、裝卸工作中可能因磕碰、掉落等因素被消耗，可對(duì)切割、采集、運(yùn)輸工藝進(jìn)行優(yōu)化，利用軟墊進(jìn)行貴重金屬的承接、運(yùn)輸，綜采過(guò)程中利用可視化設(shè)備進(jìn)行作業(yè)面金屬含量分析，以減少切割、運(yùn)輸?shù)裙に嚟h(huán)節(jié)出現(xiàn)金屬損耗的可能、降低非必要損失。

3.3設(shè)備更新和應(yīng)用

金屬礦山采礦技術(shù)與工藝的進(jìn)步，對(duì)現(xiàn)代工作技術(shù)和方法具有較高要求，未來(lái)還應(yīng)重視技術(shù)設(shè)備的更新和應(yīng)用，尤其是現(xiàn)場(chǎng)工作設(shè)備，包括智能設(shè)施、通信設(shè)備等。以通信設(shè)備為例，無(wú)論現(xiàn)場(chǎng)獨(dú)立控制、獨(dú)立作業(yè)的工作設(shè)備，或遠(yuǎn)程設(shè)備，均需要借助通信線路發(fā)揮作用。未來(lái)需要定期進(jìn)行通信設(shè)備檢查，測(cè)定其性能，及時(shí)更換老舊設(shè)施，使所有通信線路均可發(fā)揮預(yù)期作用，滿足信息的采集和交互需要，為金屬礦山采礦技術(shù)與工藝進(jìn)步提供間接支持。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，金屬礦山采礦技術(shù)與工藝的發(fā)展一般是同步的，當(dāng)前可用于金屬礦山采礦作業(yè)的技術(shù)較多，工藝各有不同，存在進(jìn)一步改進(jìn)的空間和必要。思路上看，主張建立現(xiàn)場(chǎng)獨(dú)立控制、獨(dú)立作業(yè)的工作系統(tǒng)，以智能技術(shù)提供管控方面的支持，在此基礎(chǔ)上強(qiáng)調(diào)多主體聯(lián)動(dòng)、反饋與改進(jìn)，為金屬礦山采礦技術(shù)與工藝的改進(jìn)提供支持。未來(lái)金屬礦山采礦技術(shù)與工藝的發(fā)展會(huì)更多關(guān)注新技術(shù)、新設(shè)備的運(yùn)用，以實(shí)現(xiàn)工作能力的針對(duì)性提升，總體改善金屬礦山采礦作業(yè)水平。

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