矿山机械自动化的应用标准及发展趋势分析

2022-12-18冯浩

中国金属通报 2022年9期

冯浩

能源开采行业是我国国民经济体系中的重要构成，每年为国家提供了足够的能源资源，但由于矿产资源开采难度的增大，传统的开采工艺和技术无法克服现场的作业难题，为保障生产作业的高效、安全实施，各个矿企的生产作业实施中，都应该严格根据现场的具体条件，配备各种专业的机械设备。信息技术不断发展的过程中，自动化技术在矿山机械设备中得到了普遍的应用，使得机械设备兼具自动化控制的特点，功能更为完善，可大大发挥矿山机械自动化在生产领域的突出作用。

1 矿山机械自动化技术

1.1 智慧矿区基础下的自动化技术体系

现阶段，我国的能源开采行业迈入了产业结构调整的新阶段，传统的发展模式显然已经被摒弃，越来越多的矿企，都开始进入了智慧矿山建设，为达到这一目标，在矿企内需配备各种的自动化机械设备，从而发挥在矿区生产、管理方面这些机械设备的自动化功能。就我国矿山机械自动化技术的发展现状来看，很多的智慧矿区中构建了自动化技术体系，比如，一些大型的矿企内，采用了以太网、无线通信和液压控制等技术，构建了自动化控制体系，在该体系的应用中，不同系统、模块之间的联系更为高效与便捷。

1.2 液压支架电液控制技术

液压支架电液控制也是自动化的一大表现，当在矿企的生产过程中采用了这一技术以后，就可实现对支架升降的自动化控制，甚至达到远程控制的效果。随着这一技术在矿山生产领域的广泛应用，关于该项技术已经形成了相对完善的技术体系，市场上出现了很多的国产液压支架电液控制系统产品，尤其是北京天玛公司所生产的相应产品，在矿企生产中的应用范围相对较大。对于薄矿层、中厚矿层和放顶矿三种矿层条件，都有与之相适应的液压支架电液控制系统。

1.3 智能采矿设备自动控制技术

自动化技术在机械设备中的深入应用，使得越来越多的机械设备都呈现出了智能化的特征，尤其是在采矿设备中，为实现智能化目标，需以自动控制技术作为前提，使得所构建的自动化系统具备自动控制的功能，比如，市场上的智能采矿设备，兼具记忆开采、位置检测、机身姿态调整等多重功能。

1.4 刮板运输机自动控制技术

在矿山开采作业的进行中，刮板运输机同样也是不可或缺的设备，该设备中的自动控制技术应用，可使得刮板运输机具备更为完善的功能，如不仅可实现对减速器的自动控制，更能够实时监测电动机的温度，与其他设备保持高度的配合与协调，确保其能够在矿企生产中发挥其应有的作用。

1.5 井下机器人自动控制技术

随着各个矿企生产规模的不断扩大，所面临的开采环境越来越复杂，在恶劣的开采环境下，单纯依赖传统的人工作业，不仅会面临开采效率低下的问题，更会在开采作业的进行中出现各种的安全事故。在自动控制技术不断发展的过程中，关于矿山开采作业，已经研发出了智能机器人，因为在该机器人中采用了多种的自动和智能技术，也就是由机器人来完成井下作业。但就当下我国矿领域的机器人技术应用现状来看，其技术发展尚不成熟，未来还有着巨大的发展潜力。

1.6 安全监控自动化技术

对任何矿企生产而言，特殊的矿产资源分布条件，决定了在矿山生产作业的进行中，时常会遇到各种的安全风险，如果在生产作业的进行中缺乏有效的安全管理和控制，必将导致生产事故的频繁出现，引发严重的经济损失。面对这种情况，很多矿企都将自动控制技术应用到了生产中，实现了安全监控，经由安全监控系统的构建，可对矿井生产作业中的一切流程和要素都加以全面监控，及时识别安全隐患，实现安全预警和控制。

1.7 机电一体化技术

能源开采领域的机电一体化技术，是自动控制技术深入发展的重要表现，随着各个矿企现代化生产的凸显，越来越多的矿企都意识到了机电一体化技术的重要性，增大了这一技术应用方面的投入，在技术深入应用的今天，机电一体化技术表现出了智能化、人性化的突出特点。就当下机电一体化技术的发展情况来看，在该技术的应用过程中，计算机网络技术必不可少，经由该技术的灵活应用，可根据生产的实际需求，对机械生产流程、控制都加以科学调节，保障在生产的过程中，机械设备可保持高效、稳定的运行状态。

2 矿山机械自动化的应用标准

2.1 应可提高机械运行效率

矿山机械自动化的实现过程中，为有效发挥各种机械设备的功能优势，提升自动化水平，在机械自动化的应用过程中，应确保所配备的机械设备有较高的运行效率，因为当机械设备时刻处于高运行状态下，现场人员就能够与机械设备保持高度的配合与协调，按照矿层特点来进行相应的作业，保障整体的作业效率，避免因为机械设备低效运行而引起的产能偏低。经由自动化技术在机械设备中的应用，可实现机械设备的性能和功能更新，比如，可使得控制系统能够在生产的过程中实现动态监测，并及时将相应的设备参数和状态信息等传输到后台管理系统内，以便设备管理人员对机械设备开展相应的调控。

2.2 应符合安全性要求

对矿企这类特殊的生产作业而言，在各项生产任务的实施过程中，往往会面临各种的安全风险，即使所配备的机械设备可提高生产安全性，却无法彻底消除在矿山开采作业过程中所存在的安全隐患。对于很多矿企而言，其在生产作业的进行中，一部分安全隐患是由机械设备问题所导致，比如，机械设备的性能不达标、故障处理不及时、操作错误，都会引发现场的安全事故。因此，在矿山机械自动化的应用标准中，也应该有关于安全性方面的硬性规定，确保在矿企的机械设备采购、使用过程中，都能够遵循相应的安全标准。

2.3 应符合作业科学性的要求

矿山生产中的机械自动化应用，也对科学性有着较高的要求，因为每个矿企所面临的生产环境都有所区别，在生产过程中面临的难度系数也各有不同，为保障开采作业的顺利进行，一般需立足于采矿作业现场的具体情况，遵循科学性的应用标准，来进行机械设备的选购、配置和使用。在矿产资源开采快速发展的过程中，各个矿企的生产作业进行中，越来越依赖于各种机械设备，但由于市场上同类型机械设备的种类繁多，在配备的过程中必须要严格遵循科学性的应用标准，只有这样，才能够保障所机械自动化能够矿山生产的实际情况保持高度的一致性。

3 矿山机械自动化应用方面所存在的问题

3.1 工艺、设备问题

近年来，几乎全部的矿企中都有关于机械自动化的环节，这使得在我国能源开采行业中，机械自动化取得了显著的成效，但因为存在固有思路的限制，再加上技术发展的不成熟，我国的矿山机械自动化与国外相比还有较大的差距，为缩小这一差距，需从工艺和设备的更新方面来实现。但我国矿山机械自动化的应用过程中，还存在着来自工艺和设备方面的问题，企业中的有关作业人员，并未在自身的工作岗位上掌握关于机械自动化的有关工艺流程，对一些工艺的操作要点不熟悉，对各种机械设备类型、性能、功能、操作等也没有清晰的了解，导致在矿山机械自动化的应用过程中，存在着工艺的不规范应用，设备配置不当的情况，给生产造成了巨大的危害。比如，针对矿山采掘的机械设备，我国的市场上存在着一些国产设备，这些国产设备在设计制造的过程中，常常因为工艺技术的限制而使得设备本身存在一定的缺陷，在后续将该机械设备投入使用时，可能会因为设备本身的问题而影响正常的生产作业。

3.2 工人文化程度低

矿山机械自动化的应用过程中，涉及了很多的专业化技术，为保障机械自动化能够在矿山生产的过程中发挥其应有的作用，就需要确保参与到矿山生产作业中的全部人员，都有极高的专业素质，能够积极立足于矿企本身的情况，来进行机械自动化技术的规范化应用。但显然，矿产资源开采作为我国的传统行业，在长期发展的过程中形成了一套独有的发展体系，对于绝大多数的矿企而言，其在生产的过程中都更为关注自身经济效益的实现，在矿山开采过程中，参与到作业中矿井作业人员，很多都为非专业人才，大多为农民工，这些人员的文化水平偏低，很难掌握自动化机械设备的操作要点，在这种情况下，机械自动化在矿山生产中无法得到有效的利用。在很多矿企的长期生产作业中，很多的矿井工人都积累了丰富的经验，但矿企却忽略了对工人的日常培训，导致矿井工人的工作理念、技术等都长期保持在一个较低的水平上，没有根据行业发展的趋势来进行相应的更新。

3.3 资金短缺

矿山生产中的各种机械设备，很多都为大型设备，在设备配备、使用和维修方面，往往需耗费比较大的资金。我国的能源开采行业中，包含了大大小小的很多企业，这些矿企的发展水平参差不齐，部分矿企的发展规模有限，其利润水平偏低，能够应用到机械自动化方面的资金量非常有限，因此，矿山机械自动化应用常常会受到资金的影响，对于一些小规模的矿企而言，即使他们已经意识到了机械自动化的优势，但在具体的实现过程中，却存在着资金不足的困境。

4 机械自动化在矿山开采中的应用

4.1 采掘自动化

目前，传统综掘仍占全部掘进工作面的70%左右，炮掘工艺占到20%以上。这些工艺仅在设备上实现机械化、半机械化，其他工艺大量依靠人工。自2006年以来，采掘比始终在1：3以上，说明随着矿产资源的深度开发和综采发展，采掘矛盾较为突出。采掘失衡是重大安全风险源，是制约安全高效生产的主要因素。虽然在新能源战略实施以后，各种新能源的开发和利用有效取代了矿产资源，但矿产资源依旧是能源领域的主要类型，社会经济的很多方面，对矿产资源的需求是非常大的，为满足这种需求，很多矿企都在积极扩大其生产规模。构建一个安全、高效、绿色、智能的现代化矿山掘进新体系，想方设法把掘进的工效、单进和开机率提上去，才能实现采掘均衡。高效不仅是效率快，还要质量好。注重掘进整体系统的质量和效率提升，背后依赖先进的技术装备和管理水平。在矿产资源生产的过程中，为保持高效、安全生产，扩大产能和效益，需引入机械自动化，经由自动化技术在采矿环节的应用，来发挥采矿机的自动化优势。在我国能源开采行业稳步发展的过程中，液压支架、采矿设备、转载机、刮板输送机等设备中，自动化技术都有了显著的应用，有效发挥了机械自动化在生产中的作用。虽然在多年的发展过程中，我国采掘机械自动化取得了一定的发展成果，但在未来还存在有很大的发展潜力，相关人员在开展采掘设备的研发时，可加大对自动、智能等相关技术的应用，以全面提高采矿设备的智能化水平。

4.2 安全监控自动化

随着能源开采行业的转型，在各个矿企的生产过程中，为推进生产目标的实现，相关生产和管理人员，不仅需重视工艺和设备的更新，更需要注重生产中的安全管理，以通过安全生产管理来消除现场的诸多安全隐患。信息时代到来后，信息技术被应用到了生产作业中，部分矿企内构建了完善的安全监控系统，该系统可在矿山生产的过程中，对全部的生产流程和要素都加以监控，及时识别出潜在的安全风险，将系统所监测到的数据和信息作为矿企安全管理的依据。对矿企的生产而言，为加快可持续发展的总体步伐，应将安全工作作为重点性的工作来抓，主要是由于对采矿作业这类比较特殊的生产作业而言，一旦出现了安全事故，势必是重大事故，在社会上将引起巨大的反响，为通过机械自动化来实现矿企的安全目标，就需要加强自动化技术在矿山生产中的应用，以构建完善的安全监控系统，利用该系统来对矿山生产的安全风险和隐患实现动态化监测。就我国矿企的安全工作来看，很多矿企都设计了安全监控系统，但在该系统中的传感器种类相对有限，导致在生产过程中，安全监控系统的稳定性不够，很难保障矿山安全生产工作的全面推进。未来随着自动化技术的深入发展，安全监控系统的设计中，应重视现代化技术和设备的配置，提高系统稳定性。

4.3 运输提升机械中的应用

矿山机械自动化的应用还体现在运输提升机械中，经由自动化技术的科学使用，可使得在矿产资源开采过程中，运输效率显著提高。现阶段的很多矿企，其产能较高，为将生产出来的矿产资源快速运送出来，一般会配备带式输送机，避免人工运输的不便，但为保障带式输送机的运输效率，应根据现场条件来进行监控设备的配置，通过完善的监控系统，来对运输的全过程加以监控，确保运输工作可高效开展。一些新型的监控系统中都采用了PLC技术，此技术与其他技术的结合，可使得监控系统的功能更为完善，性能更为稳定，满足在矿山开采作业中的各种工况条件。在利用PLC监控系统时，一般可采用分布式控制的方式，同步完成对多个设备的监控。

5 矿山机械自动化的发展趋势

5.1 全面贯彻创新发展的理念

因为技术是不断进步的，在矿山机械自动化的应用过程中，每个矿企都需要立足于自身的实际情况，不断在机械自动化的应用过程中，遵循创新性要求，紧跟行业最新的发展趋势，采用新的理念和技术，提高机械自动化水平。每个矿企都需要积极参与到行业交流中，通过各种的培训交流活动参与，来掌握关于行业中最新的机械自动化理念和技术，并要在企业内部组织各种的培训活动，针对机械自动化的相关技术和标准加以专业化培训，使得有关管理人员、技术人员可在这些培训活动的参与过程中，掌握更多的新理念和新技术，立足于矿山生产的实际情况，将自身在培训中所学到的新理念、新方法和新技术，都应用到矿山生产中。

5.2 积极引入新型自动化技术

信息时代到来以后，我国的市场上，出现了越来越多的信息技术、自动化技术，以计算机信息技术为基础的智能化技术，给矿山机械的智能化发展提供了新的方向。因此，各个矿企的机械自动化应用过程中，也需根据自身的发展情况，在有条件的情况下积极引入新型自动化技术，确保矿山机械自动化能够与行业总体发展、企业本身的情况保持一致。国外关于矿山机械自动化的发展成效相对显著，我国的各个矿企，需借鉴国外的技术经验，不断在原有的技术基础上加以创新和改进。

5.3 做好自动化技术的资金支撑

随着能源开采行业的全面进步，在矿山机械自动化的发展过程中，需有足够的资金支持，不论是技术引进与创新、设备更新，都需要有充足的资金保障。因此，每个矿企都要结合自身的资金情况，预留足够的资金用于机械自动化技术的研发，并给予技术研发和创新提供足够的人才支持，经由专业化团队的配置，来发挥团队人员在技术创新方面的作用。