矿山机械智能化的应用及发展趋势

徐松松

（山东黄金矿业（玲珑）有限公司，山东 烟台 265400）

随着社会进步和经济发展速度的提高，各个行业和领域对能源需求日益增加。我国也一直致力于充分开采和利用矿山资源，在此过程中，伴随着信息化和网络化的应用，不管是为了增加产能还是追求企业利润最大化，众多矿山机械设备研发与制造商也在朝着智能化的方向前进，这也是矿山机械设备发展过程中的一个重要转折点。矿山机械设备智能化的应用一方面提高了矿产资源的开采效率，增加了产能，另一方面也是工业发展史上一个质的飞跃[1]。

1 矿山机械行业发展现状分析

矿山机械设备的变革与更新跟我国工业化进程的发展始终保持同一步调，资源矿藏量和相关机械设备质量与技术水平等因素对矿山机械行业的发展有着重要影响。现阶段我国矿山机械设备发展既有良好优势和前景，同时也面临着一些严峻的制约因素。

矿山机械行业发展的优势主要表现在两个方面。其一，改革开放以来，我国矿山机械行业积极引进国外的机械研发与制造技术，并在此基础上结合实际情况不断更新，加大对机械设备研发与生产的投入，基本上实现了以计算机技术为依托的机械制图、零部件构造设计等等。同时，部分城市建立了科研测试基地，有力地促进了矿山机械设备自主研发事业的前进。其二，信息化和网络化技术的普遍应用也促使矿山机械设备朝着智能化的方向发展。目前在智能化技术快速发展，各项技术也相对稳定成熟的大环境下，矿山机械设备智能化技术在众多矿山项目中前景可期。

矿山机械行业发展的制约因素主要来自三个方面。首先，节能减耗、绿色环保的发展理念已经得到各个国家的积极响应和倡导，新能源在人们的生活和生产中占据越来越重要的位置，对于矿山机械设备的需求量不断减少，矿山机械行业发展的黄金期已经衰退；其次，多年来随着对矿产资源不加节制的开采，矿产资源总量逐渐下降，多数矿区已经不再需要大量的机械设备；最后，受世界金融危机这个大环境的影响，我国传统机械制造行业也受到了不同程度的冲击，矿山机械设备研发与制造的增速有所下降。

2 矿山机械智能化的应用

2.1 矿产资源自动化开采

随着信息技术的不断进步，高灵敏传感器以及先进检测监控系统、智能采矿机械、高速数字通信网络、新型采矿工艺的集合直接推动了无人采矿技术的广泛应用。值得一提的是金矿开采过程中液压凿岩台车、铲运机和撬毛台车的联合作业。新型凿岩台车采用液压控制，根据不同的岩石性质调节参数，使凿岩机在扭距、钎杆转速、冲击和推进等方面性能稳定可靠，有效提高凿岩效率。同时，随着撬毛台车电动化技术的应用，可以关掉发动机进行撬浮石作业，防止排出的废气和噪声恶化工作环境，充足的电力保障了照明条件，不会漏掉每一块毛石，保证工作人员安全的同时也提高了工作效率，最终实现液压自行凿岩台车、铵油装药车、撬毛台车、大斗容铲运机以及垒自动锚杆台车这些超大型设备的联合作业，使得高度自动化分层充填法得以实现。

2.2 矿山机械设备自检及诊断修复

传统矿山机械结构是冷冰冰的金属零部件的组合，它们没有生命，更说不上智能。在使用过程中不能感受外界作用和内部损耗，也不能够做出适当的自我保护来保证机械结构处于高性能状态。因此，人为因素、自然环境的变化以及外部载荷等因素的影响严重导致机械结构性能下降或者损坏，成为工人生命安全的隐患。随着信息技术与材料科学技术的进步，科学工作者和机械工程师们从生物体进化的角度进行思考和研究，提出通过智能结构和系统的概念来提高机械结构性能，用生物界的方式感知机械结构在不同情况下的状态和外部环境变化，并迅速作出判断、积极响应和自适应。

良好的矿山机械结构状态直接保障了安全生产。智能化技术的进步和应用使矿山机械结构具有自我检测、诊断以及修复的功能，该系统传感控制器和执行器为一体，赋予机械结构自行诊断功能，具有生命特征，能够自我适应内外部环境以及自行修复漏洞损伤等。同时，科学材料的应用助力于增强结构安全，减轻自身质量，降低能源损耗，提高机械机构性能。

3 矿山机械智能化的发展趋势

在21 世纪，数字化、智能化已然成为知识经济的重要标志。在卫星无线通信技术和微电子技术飞速发展的大环境下，矿山机械设备的开发应用也进入了自动化和智能化时代。实际上，目前的矿山机械设备智能化已经取得了实质性的突破，不管是露天采矿还是地下采矿程式化集中控制的无人采矿设备广泛应用，矿山机械工程智能化也正在朝着数字化、网络化、信息化、人工智能化与产品智能化等多个方向发展，未来矿山机械智能化发展趋势将会是生态化、宜人化。

3.1 生态化

3.1.1 矿山机械设备绿色环保设计

矿山机械既是造成资源消耗的主力，又是造成环境污染的罪魁祸首。面对全球日益严峻的环境污染和资源匮乏问题，实现可持续发展战略的重要方法就是在产品整个生命周期设计和管理过程中注重降低损耗和污染。详细措施为：①采用生命周期长，能源消耗低以及减轻质量的生产设计原则。生命周期长可以减少矿山机械的制造量和降低相对时间周期内的报废数量；降低能源消耗也可以减少环境污染的压力；轻质量的材料有效的节省了原材料和能源消耗；②最大限度内采用低环境负荷原材料，减少氟利昂、树脂、石棉以及含氯橡胶等有害材料的使用，使后期废弃零部件处理环节能符合操作方便、费用低、污染少的环保要求；③整合先进技术与科学材料降低矿山机械整体的振动与噪声，降低对工人以及周围环境的不利影响。

3.1.2 地热资源开采技术与装备

据估计，地球地壳10km 以内的高温岩体地热资源是全球化石资源的100 倍～1000 倍，相对于风能、太阳能，高温岩体地热能源的集中性决定了其开采的便利性。我国东部、东南部、西南部分别受太平洋板块、菲律宾板块以及印度洋板块的挤压作用有着活跃的地质活动，开发条件有着天然优越性。地下高温岩体地热资源的开发必须具备高效率的破岩设备、精密的压力、流量、温度实时监控技术以及集成化的开采技术与设备系统。因此，能否在矿山机械行业新的发展空间占据一席之地关键在于是否具备自主知识产权的高温岩体地热开发技术与设备，这将是我国矿山机械智能化的主要发展方向之一。

3.2 宜人化

矿山机械设备在研发和生产过程中要坚持人性化原则，实现工人、机械和环境的和谐，在安全的前提下改善作业环境，降低机械振动与噪声，提高设备操控者舒适性。这种宜人化趋势主要表现在安全性和舒适性。

3.2.1 安全性

矿山机械设备的安全性能是安全生产和工人生命安全的有力保障。其安全性表现在两个方面，一个是矿山机械的功能安全，另一个是各种安全功能的稳定性。不管是在煤矿井下，井口或是在各种金属、非金属矿山，矿山机械的安全功能因作业环境的不同而各异，这要求矿山机械具有完善的安全功能与优良的安全稳定性，有效进行自我工作状态的监控与计算以确保安全生产。

3.2.2 舒适性

现代矿山机械研究与设计应注重采用人机工程学原理，让操纵者与操作界面和谐统一，缓解疲劳，改善工作环境，提高工作效率。机电一体化技术的应用让工作者通过手指、手臂的简单动作就能准确的操纵机械进行作业。比如，工作室的隔音隔热封闭结构、座椅系统、电子仪表盘、声光信号警报等人性化设计。

3.2.3 外观造型

矿山机械智能化突破了传统机械单纯以功能为主的外观形式，把功能、科学材料、生物结构、人机关系以及先进生产工艺等结合到一起，从艺术视角，运用现代美学法则，使矿山机械在结构形态合理有效发挥功能的同时符合新时期人们的审美要求[2,3]。

4 结语

机械工程的智能化最大限度内解放了劳动力，智能化操作有效降低人工失误，提高产能，提升效率。矿山机械设备的智能化对经济建设，科技进步和社会发展有着举足轻重的作用，矿山机械制造行业作为国家独立工业体系的基础，是国民经济的支柱行业，更是衡量一个国家工业实力的重要标志。在行业的自我突破与创新以及国家的重点支持基础上，矿山机械设备智能化的发展趋势是多元性的，包括网络化、信息化、人工智能化与产品智能化等，只有把握好矿山机械智能化的发展趋势才能取得更多的新成果，为国家和整个人类社会做出贡献。