自动化控制技术在矿山机电中的应用与探究

2023-08-20王辉万力玮朱应坤

中国设备工程 2023年14期

王辉，万力玮，朱应坤

（临沂会宝岭铁矿有限公司，山东临沂 277712）

矿山生产工作的工作环境基本是选在山林等自然环境中进行，因此，其活动过程复杂，对开采工人的经验和技术要求都较高，但考虑到自然环境对开采工人工作和生命安全的潜在威胁，矿山开采工作要有机械设备与相关技术加以辅助，保证采矿作业各阶段都能做到安全、高效、产量质量均优。因而，将矿山开采设备的自动化进行全方位提升，是改善矿山作业流程、质量与安全的首要任务。因此，对矿山机电设备的自动化控制技术的实际应用进行较为准确的分析与深入研究，对矿企经济价值作出了现实意义上的贡献。

1 矿山机电设备自动化控制技术的相关内容

1.1 自动化控制技术的概述

溯源而谈，自动化控制技术，指机器设备以代码程序为执行依据，摆脱人机交互过程而独立完成任务的机械操控方式。该技术能够摆脱人力资源的束缚，通过计算机自动化系统直接对机械设备进行信息的扫描、存储、分析等操作流程。具体来讲，自动化控制技术是多种技术的集成体，囊括了机械、自动控制、微电子等技术。其中，机械技术是根基，在融合了多种技术后逐渐具备了过硬的综合性体系，再结合了较为丰富的实践经验后构成自动化控制技术。在矿山生产活动的应用中，自动化控制技术效率优先、操作稳定，既能提高矿产的产出效率及产出量，还能保障工人的生产安全。但由于矿山生产工作的危险系数较高、不确定性较大，矿产企业在投入矿石生产的全过程中必须遵循安全生产和经济效益原则，组织好风险防范和错误纠正的后盾，有效利用自动化控制技术保障生命、财产安全。

1.2 矿山机电设备自动化控制的意义

自动化控制技术使矿山机电设备的使用效率和精确性大大提高，也使得开采工作从内容到实质都有了全面的突破与革新，自动化的机械设备操控手段、灵活的开采方案等都对传统的矿山开采工作具有不可忽视的意义。首先，开采作业实施全面的、实时的监控措施。信息技术和远程监控技术的融合可以对矿山开采的整个过程实施全面监控，监控技术和自动定位技术的融合可以保障开采作业的安全监管。各种自动化技术的融合使整个矿山开采作业水平大大提升，险情和问题得到及时发现、精准定位和快速解决。其次，有效预防安全事故。每个矿山的矿产开发都受到了安全防范制度的严格管理，但矿产资源利益巨大，在实际作业时难免出现违规开采的情况，监控管理人员可以通过监控视频尽早发现开采的安全隐患，及时纠正和制止危险系数较高的行为。

1.3 矿山机电设备自动化控制的应用现状

矿山生产作业实现自动化是矿山生产开采工作未来的主要发展方向。当前，我国矿山生产已能普遍实现自动化控制技术的应用，但较发达国家相比起步较晚，自主创新能力不足，大量技术设备都依赖进口，且在实际应用中也存在问题，导致矿山机电设备自动化控制低于预期值。

2 自动化控制技术在矿山机电中的应用

自动化控制技术的显著特点是对劳动力的解放水平高。由于机械设备的自动化水平提高，设备操作时就能节约人力成本，且机器设备对工作状态的准确把控更加便捷，提高矿山生产的效率。

2.1 矿山开采设备中应用

矿山开采设备中应用自动化控制技术是行业发展自动化的必然趋势。矿山开采设备是当前我国矿山开采工作过程中应用最广泛的、最基础的作业设备，机电自动化控制技术通过快速分析识别海量信息实现作业前期的工作方案规划及调整，但随着开发难度较为简单的矿山开采完毕，以及矿山开采工序对环境造成的各种程度的破坏，开采工作的要求和规定将会愈发严苛，而自动化变革刚好满足以上要求。变革后的矿山机电设备由人工智能控制系统发出指令，通过各个端口实现通信和交互，定期对矿山开采条件参数进行分析，并判断下一步工作是否需要做出调整，进而实现安全、顺利开采。

2.2 矿井提升设备中应用

矿井开采工作时所使用的矿井提升设备是指地下矿产资源开采后从地下运输至地上的工作过程，对矿井提升设备应用自动化控制技术是自动化控制技术应用的重点内容之一。传统的矿井提升作业方式需要依赖交流转子串电阻进行调速，速度调控难度较大且耗费大量人力、物力、时间资源，提升设备突然停止带来的较大冲击力也会对矿山开采工作带来困难，难以满足现代化矿山开采的工作要求。而自动化控制技术在其中的应用，不仅可以降低甚至避免矿井提升作业中产生的消极影响，也能够通过自动化控制技术实现对设备人员的更新升级，优化开采流程，确保运行稳定安全，减少能耗，提升矿井开采作业的质量和时效性。

2.3 矿产资源运输设备中应用

已开采出来的矿产需要通过装卸运输运至矿山。作为矿产资源运输重要设备，胶带输送机是较为常用的运输设备。胶带输送机的运行原理是基于带式传送机输送传送带上的物品，应用自动化控制技术能，较之机械化、劳动强度高的人工运输能大幅提升运输效率，节省作业环节。其中，带式传送机与提升设备自动化系统均以自动化控制器为主要驱动力，还可以对设备故障、报错等问题及时预警，寻求合理的解决方案，有效减少设备损耗和资源浪费，维持设备寿命，同时保证最大限度的矿山开采安全。

2.4 在检测活动中应用

矿山作业中必不可缺的一环是检测活动，对开采环境、矿石质量、人员安危等都要进行各种实时监测，一般来说，矿井作业中的检测活动，首要任务是对井下作业人员的生命体征和作业进度进行监控，传统检测活动中提到的检测也一般指的是这一点。但随着技术的进步使得检测活动的参与者增多，目前的检测活动不仅指上述检测任务，还涉及动态目标监控定位系统的自动化升级；图像、开采信息的实时采集与通信；车辆等运输装卸设备的实时监测等。

2.5 矿井排水设备中应用

矿井作业大多需要向地下挖掘数10米进行作业，考虑到地质层特点，矿井的顺利挖掘伴随着地下水的影响，且随着作业深度的增加而不断增大，而自动化控制技术成为最优解决方案——应用矿井排水自动化技术构建完善的矿井排水系统。此时的矿井排水系统集合了多台电压高、性能强的多级离心水泵设备，这些设备自动化水平高，但由于它们都被用于复杂生产作业的开展，如泵房设备运行、水仓水位监测等环节，复杂的运行工况和数量较多的精密仪器要求有更多的资源或精力加以看管，仅凭人工监管难以为继，因而对自动化控制技术的依赖性更高。

3 自动化控制技术在矿山机电应用中的实际问题

虽然自动化控制技术颇具优势，但矿山的回收和净化、新老矿山质量和产量的交替等问题也都是矿山开采作业自动化实施过程所面临的困难，解决这些问题成为我国矿山开采行业进步的首要任务。

3.1 缺乏完善的机电自动化控制管理制度

我国矿山机电设备的使用有相当一部分没有实现自动化技术的普及，仅仅是初期的摸索，资源分配的不平均和认知的落后导致矿企设备和技术的自动化变革推进程度参差不齐。除了这些宏观因素造成的阻碍外，自动化矿山机电设备的使用也受到环境、人工等影响，使用标准也随着开采条件和矿产特性而难以统一。对于矿产开发企业而言，实力较强的企业将业务重点放在科研产出上，其研究成果因实用性和权威性较强而占据了大部分的市场；各种中小型企业则大多直接引进这些研究成果投入使用，以降低创新性研发的成本，或者根据自家使用需求自行生产不同规格标准的设备，但自行生产会导致大量设备的使用程度和流通性很低，难以在整个行业中通用并形成标准。

3.2 矿山机电自动化控制的管理人才匮乏

矿山行业的工作性质决定了矿山开采的安全问题才是最重要的，苛刻的工作条件天然存在较大的安全隐患，复杂的工作设备和技术手段也要求工作人员有很强的专业性，在此基础上，矿山机电技术的自动化革新对人才有了更高的要求：要想使自动化设备在矿山作业中发挥更多实用价值和经济效应，专业能力强、综合素质高的人才是必要条件，这样开采操作和安全管理才能上升到更高水平。但在我国矿山开采行业的实际工作中转变工作意识形态和工作方式仍很困难，为方便起见，不少企业缺乏创新意识，短视行为较重，往往照搬其他行业中同领域成功的案例，以支持自家矿山的自动化生产，给矿山作业增添了阻碍；且专业的自动化技术设备管理人才大多流向了技术密集型产业，留在矿山开采行业的人才较少，难以改变人才缺失的困境。不仅如此，企业对工作人员的专业知识和技术训练工作不到位，许多有经验的设备操作人员的知识积淀难以转化为实践，与行业工作相脱节，也不能真正解决问题。因此，矿山企业要意识到培养高素质管理人员的迫切性和重要性，注重培养具有创新能力的人才团队。

3.3 矿山机电自动化控制的开发力度不足

我国的矿山自动化智慧升级刚刚起步，但这对于缺少资金和人才储备的中小型矿企而言便是一个难以短期内克服的难关。由于中小型矿企的研发资源有限，使得理论成果难以转化为经济效益，缺乏实际意义，转化成功的实践经验少之又少，管理人员和矿工专注于个人的本职劳动，对于自动化生产这些时代发展的新要求认知缺失，很多制度和模式都没有正确而科学的理解，导致中小型矿企对矿山机电自动化转型的基石空虚，自动化控制技术的升级进程缓慢。

4 自动化控制技术在矿山机电应用中的优化策略

4.1 健全矿山机电自动化控制管理制度

矿山作业中健全自动化控制技术的管理制度是解决诸多开采问题的关键。首先，以矿山的自然环境与所用设备对环境的要求为基础，合理选择矿山开采工作需要的机械设备与机电自动化设备。在开采前期，对将要使用的设备进行相应的维护保养；在设备运转期间，对正在运转的设备按时记录运行情况，尤其是异常或不规律的变化要及时引起注意，建立快速反应反馈机制。其次，所有与设备有过接触的人员都要事先准确了解设备的正常操作规范，合理使用，妥善维护，并在实际使用时做尽到监督管理职责。除此之外，矿产企业还需要健全正向的激励机制，可以将设备信息化管理纳入企业的标准化管理系统中，明确建立自动化控制技术的相关标准。

以上制度的建立健全都是为了让矿山开采人员切身体会自动化控制技术为开采作业带来的便捷、高效，利用自动化控制技术优化操作系统以提高设备管理的效益。另外，在推进自动化技术转型时，务必落实作业的实行责任制，定期考察自动化控制技术的应用状况，考察评估结果将直接影响个人及部门年度绩效，把个人利益与企业利益挂钩，促进自动化控制技术的广泛应用。

4.2 培养机电自动化控制的管理人才

自动化技术的推广应用需要专业管理人才，但当前我国矿山生产开采工作的开展缺乏专业管理人员的智力支持，已有管理人员的素质水平不足导致自动化控制技术与相应设备难以物尽其用。对此，矿企必须对在岗管理人员加强针对性较强的专业培训，既对掌握自动化控制技术的员工进行管理方面的专业培训，也对管理人员普及自动化控制技术方面的专业知识；同时，引进专业管理人才，组建人才队伍，采取团队学习的模式定期开展专题讨论和共同研究，提高员工在设备管理工作中的创造性能力，为矿山生产开采工作的安全开展提供管理策略支撑和人才支撑。