矿山自动化采矿技术的应用研究

王万仓，贾韶华

（陕西彬长文家坡矿业有限公司，陕西 咸阳 713500）

在传统的采矿工艺下，由于自动控制技术在能源开采行业发展及应用有限，尤其在综采自动化工作面方面，机械化早已普及，但是所有的采矿作业都是由人工操作设备来完成，由于矿层分布的复杂性、作业环境的危险性、工人状态的不稳定性，使得人工开采过程中常常伴随着诸多的安全风险，严重的影响着工人的身体健康以及生命安全，同时导致采矿效率低下，影响单位的经济效益。当前，随着自动化、智能化时代的到来，各种新型的机械设备与自动控制逐步被应用于采矿作业中，尤其是自动化设备与技术在综采工作面上的应用，更是使得采矿作业实现了智能化，智能化综采自动化采矿技术符合当前能源开采行业现代化发展的要求，为安全、高效开采提供了良好的技术支持。

1 矿山综采自动化采矿技术概况

1.1 采矿自动化系统组成

图1 综采自动化技术控制系统图

从当前综采自动化采矿技术在矿山开采作业中的应用来看，自动化采矿是智能化系统是核心构成，承担着重要的控制任务。在自动化采矿系统中的主要构成为转载系统与主采机组，而主采机组又包含了“刮板输送机机、采矿机械设备以及液压支架”（简称三机），转载系统中主要为破碎机与胶带输送机。在整个综采自动化采矿技术的应用过程中，刮板机、采矿机械设备与液压支架如何实现对整个综采工作面的科学控制，是综采工作面自动化控制的关键。随着电液控技术以及传感器的发展，液压支架自动控制技术已趋于完善，由于井下采械设备工艺的复杂性，矿产资源识别的准确性不好掌握，采矿机械设备自动化发展缓慢，目前应用最多的还是记忆截割技术。综采自动化采矿技术下，控制系统如图1所示[1]。

1.2 智能化采矿技术的对比优势

1.2.1 机械化水平高，替代人工大部分工作

近年来，随着矿山开采作业中各种新型技术的应用，尤其是综采自动化的广泛应用，使得综采自动化采矿技术的发展日益成熟，逐步取代了传统的人工开采方式，实现了半自动化作业。相比较而言，综采自动化的突出特征主要体现在通过用自动化机械设备来取代部分人工作业的方式，来减少采矿过程中的人力工作量，机械设备的引入使得整个的采矿作业具有更高的机械化水平，采矿效率大大提升。自动化作业的过程中，通过自动化设备、系统的应用，专业人员能够对整个的采矿作业开展实时的监控，一旦出现异常情况，系统可以自动进行相应的调整与改进，使得整个的采矿作业更为安全与高效，开采更具精确性[2]。此外，自动化设备的应用还有配套控制系统，也就是现代控制系统的支持，这一系统使得在采矿作业中能够更为精确、高效地开展各种的计算，实现能源开采过程中各种数据的整合与利用，使得采矿作业能够顺利进行。机械化开采为人们对采矿全过程、全方位的管理提供了便捷，相关人员能够根据实时的监控与数据获取，来及时进行采矿作业中各种异常情况的快速处理，在一定程度上实现了安全开采的目标，减少了各种安全事故的发生。

1.2.2 开采效率相对高，尤其在开采质量与速度上

近年来，技术的进步是综采自动化发展的重要驱动力，在很多矿山开采作业中，综采自动化取得了良好的应用效果，矿产资源产量有所提升。综采自动化技术下，自动化设备的应用极为关键，比如，电液控制系统具有一定的自动化特征，在采矿作业中的应用能够充分保障支护的安全性、开采的高效化，减少人为因素对开采作业的不利影响。数据采集设备的应用使得在整个的开采作业中，随着开采活动的进行，该设备能够自动采集数据，实现数据采集的实时性，及时根据数据的分析情况，来判断和掌握开采作业中的异常情况，进而采取相应的控制措施。综采自动化技术下，远程控制功能能够得以实现，这种控制方式突破了传统的空间与时间限制，体现了一定的智能化特征[3]。当综采自动化的某些设备在获得相应的数据信息以后，能够对这些数据加以基础的处理，针对质地的差异性，控制系统还可以自动来进行切割速度的控制，避免了人工操作误差的不利影响，使得矿产资源的利用率有所提升[4]。开采作业中如果出现了安全风险、异常故障时，系统会立即启动故障识别与预警模块，来进行相应问题的反馈，控制故障损失。

2 综采自动化系统的控制要求

矿山开采作业中，综采工作面是利用综采自动化采矿技术的重要阵地，在此工作面上，矿层分布相对特殊，作业工作面的环境具有多变性、复杂性，为保障矿产资源的有效开采与利用，包含的生产工序与流程较多，只有具有自动化控制的功能，才能够使得开采作业稳定进行。综采工作面的生产任务需实现远程控制与就地控制的结合、就地分部开车与检修开车的结合。一些控制模块即使处于地面，也能够对井下作业的各个要素开展更为全面的控制，比如，对一些综采设备、开关、泵站等应能够实现自动化控制。综采自动化开采出现故障诊断要求在控制系统中要具有相应的故障识别、视频监控模块，及时进行故障原因的分析、位置的锁定。

3 综采工作面智能化采矿技术的影响因素

3.1 观念因素

在综采工作面智能化采矿技术的应用过程中，如果要充分发挥其技术优势，就必须要充分具备极强的技术创新理念，不论是技术还是设备，通过一定时间的研究，坚定信念就一定能够达到良好的技术创新效果。因此，在很多时候，综采工作面智能化采矿技术的发展与应用会受限于人的观念，如果人的观念相对落后，缺乏创新意识，不仅会影响技术发展，还会影响矿企的经济效益。

3.2 技术因素

综采工作面智能化技术的发展不仅对设备有着极高的要求，还需要保障技术的先进性，尤其是要有智能化技术的支持。现阶段，我国综采智能化采矿技术虽然取得了良好的发展效果，但是，在实际的发展过程中，一些矿企受限于技术发展，智能化采矿技术并未完全实现与应用，虽然一些简单的作业环节能够应用智能化技术来实现，一些相对复杂的环境状态下缺乏综采智能化采矿技术的支持

3.3 环境因素

矿山进行开采作业的环境条件具有复杂性与多变性，在实际的工作过程中，可能会存在诸多的安全威胁，环境因素、安全隐患在一些条件下会影响综采工作面智能化采矿技术的应用。现阶段，随着综采智能化采矿技术的快速发展，一些技术日益成熟，越来越能够抵御环境对技术应用所造成的不利影响，也就克服了综采智能化采矿技术应用中环境因素的限制，能够提高采矿的整体效率与质量。

4 综采自动化采矿技术的实践应用

4.1 应用于采矿机械设备控制中

综采自动化采矿技术下，采矿机械设备是核心设备，其有效应用取代了传统的人工开采作业，使得在整个的采矿过程中，机械化采矿目标得以实现，开采效率大大提高。在采矿机械设备的运行过程中，在已有设定参数的基础上稳定运行，保障开采作业的高效开展，在采矿机械设备运行与开采的过程中，现场人员发挥着重要的辅助作用。采矿机械设备运行下的主要控制对象是牵引机与滚筒机，在实际的采矿中，为使得采矿作业能够高效进行，需结合矿井工作环境的具体情况，使得控制方式的选择更为合理。自动化控制的体现主要体现在以下方面：

（1）曲首刀控制。综采自动化技术下，从多个角度来对综采自动化设备参数加以分析、控制与处理，使得在参数尽量正确，保障采矿机械设备的可靠运转[5]。为了减少采矿机械设备运行过程中的各种故障，维持其最佳的运行状态，必须要重视开采矿产资源数量的控制。通常情况下，开采量大于实际尺寸最为合适，能够保障采矿工作的安全、高效进行。

（2）采矿机械设备运行控制。在运行过程中，记忆开采数量实现体现了自动化技术的优势，使得能源开采的各个环节得以顺利完成。

4.2 应用于供液系统

智能集成供液系统由泵站、电磁卸载、智能控制、变频控制、乳化液自动配比、多级过滤等组成，是综采工作面支架液压系统供液的动力，为综采工作面提供恒压、清洁、配比稳定的高质量乳化液，是矿山智能化综采工作面自动化后备保障系统。

4.3 应用于液压支架控制中

在综采自动化技术下，工作面的支撑是由液压支架来完成的，控制支架工作的核心是电液控制系统，它由电液控换向阀、控制器以及传感器组成，液压支架电液控制系统是对液压支架实施多功能、高效率、自动化控制的成套设备，能够有效提高液压支架的动作速度，减轻工人的劳动强度，确保生产安全。接入矿企信息化系统，实现井上下综采设备信息的实时共享和分析，为科学生产管理和决策提供有力保障。

4.4 综采工作面自动化控制系统

综采工作面自动化控制系统，在综采工作面单机设备自动化基础上，建立一套以监控中心为核心，工作面视频、以太网、音频、远控为基础的集中自动化控制系统。采用拟人手法，把人的视觉、听觉延伸到工作面，将工人从危险的工作面采场解放到相对安全的顺槽监控中心，实现在顺槽监控中心对液压支架、采矿机械设备、刮板输送机、转载机、破碎机、顺槽胶带机、泵站、开关等综采设备进行远程操控，达到工作面“无人化”开采的目的。

5 结语

近年来，矿山开采逐步改变了传统粗放型的发展路线，积极进行了技术革新与改进，以适应能源开采行业现代化发展的要求。彬长矿区充分发挥新技术、新装备、新工艺对安全生产重要支撑作用，加快装备升级和自动化改造，真正实现机械化换人、自动化减人，对于提高生产效率与质量具有重要的意义，能够为矿企创造更大的经济利益[6]。