自動化系統(tǒng)在礦山中的應用

吳磊

【摘 要】現(xiàn)階段，隨著我國現(xiàn)代化建設以及城市化進程的快速發(fā)展，城市基建對礦山資源的需求呈現(xiàn)明顯提升的趨勢，這就對礦山企業(yè)的開采效率提出了新的技術要求。當前，自動化技術的成熟，使得礦山企業(yè)將自動化技術越來越多的應用于礦山開采上面。通過自動化技術的應用，不僅能夠提升礦山資源的生產(chǎn)效率，還能夠為開采提供極大的安全保障。相較于西方發(fā)達國家，我國的自動化技術研究起步較晚，自動化技術在礦山開采上的應用也不夠廣泛。本文基于這個情況，對自動化系統(tǒng)在礦山中的應用做了介紹，并分析了自動化系統(tǒng)在礦山開采應用存在的問題，以期為相關工作者提供指導和幫助。

【關鍵詞】自動化系統(tǒng)；礦山開采；開采設備；參數(shù)；應用

一、自動化系統(tǒng)簡介

自動化系統(tǒng)，是指完全依靠自動化技術進行機械設備的操縱，從而確保整個系統(tǒng)正常運行的系統(tǒng)。自動化系統(tǒng)是一門多學科領域綜合性運用的先進系統(tǒng)。從廣義范圍上來說，自動化也包括了人工智能化的再現(xiàn)以及模仿等，現(xiàn)階段，自動化系統(tǒng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、礦業(yè)、物流業(yè)以及醫(yī)療行業(yè)等多個領域都得到了廣泛的應用，通過自動化系統(tǒng)的應用，不僅能夠顯著提升機械生產(chǎn)的效率，還能夠解放人們的雙手，減輕人們的工作強度，對基層工作人員提供更為強大的安全保障。同時，通過自動化系統(tǒng)的建立，能夠減少能源資源的消耗，落實節(jié)能減排的發(fā)展目標。因此可以說，自動化系統(tǒng)的應用和普及對于促進社會科學技術的進步，加強人們對于世界的改變能力有著重要的意義。

現(xiàn)階段，信息技術、網(wǎng)絡技術以及通信技術的快速發(fā)展對自動化系統(tǒng)的進一步完善提供了更加強大的技術支持，自動化技術已經(jīng)到達了過程的最優(yōu)控制與管理的綜合自動化階段。當前的自動化系統(tǒng)呈現(xiàn)出了典型的集成化、智能化以及柔性化特性。通過自動化系統(tǒng)的應用，礦山開采行業(yè)的效率以及質(zhì)量得到了顯著地提升。

二、自動化系統(tǒng)在礦山開采中的應用

在我國，傳統(tǒng)的礦山資源開采都是通過機械探索定位，再通過人力開采來進行的。這種開采方法不僅效率低下，而且對基層工作人員的生命安全沒有很好的保障。而自動化系統(tǒng)在礦山開采中的應用，能夠顯著提升生產(chǎn)效率、降低開采成本投入、改善生產(chǎn)安全環(huán)境。同時，近些年，我國的礦山自動化系統(tǒng)逐漸引入了信息技術、自動化技術以及網(wǎng)絡技術等先進技術，這些技術的引入有力地推動了“數(shù)字化礦山開采”的進程。

“數(shù)字化礦山開采”，是礦山未來發(fā)展的主要趨勢和方向。信息化、數(shù)字化的礦山開采基礎便是自動化系統(tǒng)，因此，想要實現(xiàn)礦山開采的信息化，首先需要落實礦山資源的自動化。信息化和數(shù)字化的實現(xiàn)，首先需要引入全面的綜合性自動監(jiān)測裝置，其次需要建立綜合自動化的網(wǎng)絡平臺，通過綜合性的自動監(jiān)測裝置，能夠?qū)φ麄€礦山開采中的生產(chǎn)、工況以及安全等設備進行全程監(jiān)控，并將監(jiān)控所得的數(shù)據(jù)傳遞至工作人員面前，以供工作人員進行分析以及處理，而綜合自動化的網(wǎng)絡平臺的建立，能夠?qū)崿F(xiàn)礦山開采過程中信息的共享、加工以及利用，從而將這些信息反饋應用于礦山開采以及安全生產(chǎn)等環(huán)節(jié)。因此，倘若礦山開采不建立完善的自動化系統(tǒng)，礦山開采的數(shù)字化以及信息化便無從開展。

當前，我國的都個大中型礦山開采企業(yè)已經(jīng)開始應用計算機技術、網(wǎng)絡技術、信息技術、智能化技術以及礦山生產(chǎn)工藝等，使得礦山開采企業(yè)的生產(chǎn)安全、決策制定以及企業(yè)經(jīng)營等取得了良好的效益。同時，礦山開采企業(yè)通過將以上技術進行全面的集成，形成了成熟的礦山綜合自動化開采系統(tǒng)。這個系統(tǒng)通過對礦山開采設備以及生產(chǎn)環(huán)境安全等信息進行檢測和采集，并對其進行分析和反饋，將整個礦山開采自動化系統(tǒng)管理平臺的所有信息都通過數(shù)字化的形式展現(xiàn)給工作人員。通過生產(chǎn)信息的數(shù)字化體現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)礦山開采的生產(chǎn)自動化、生產(chǎn)設備安全監(jiān)測自動化，設備管理自動化以及操作自動化，并且，通過人工智能分析技術的引入，能夠為礦山開采中的相應決策制定提供支持，實現(xiàn)礦山開采的高效、節(jié)能以及安全化。

整個自動排水控制系統(tǒng)通過檢測水倉液位和壓力、流量等參數(shù)，控制井下多臺水泵輪流工作與合理選擇啟動備用泵，合理分配調(diào)度水泵運行的時間。整個系統(tǒng)通過以圖形、圖像、數(shù)據(jù)、文字等多種方式，實時地反映整個系統(tǒng)工作狀態(tài)以及水倉液位、電機工作的負荷電流、電機運行時軸承溫度、排水管路流量等重要參數(shù)，并通過PLC實現(xiàn)控制。該系統(tǒng)應具有良好的可靠性和操作性。多種數(shù)據(jù)由傳感器進行檢測，通過PLC模擬量輸入模塊送入CPU進行處理，計算出單位時間內(nèi)水位的上升速率，從而判斷井下中段的涌水量，合理選擇排水泵的啟停。水倉液位、電機的電流和電壓、電機的軸溫、電機水泵的振動、排水管的流量、水泵出水口的壓力等參數(shù)，主要用于監(jiān)測水泵、電機的運行狀況，超過一定值系統(tǒng)會報警，嚴重時直接停機，以避免水泵和電機損壞。

三、礦山自動化系統(tǒng)的應用詳細分析

3.1自動化系統(tǒng)對礦產(chǎn)開采系統(tǒng)通風設備的作用

在進行礦山開采時，礦井風機自動控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取主要是通過各種傳感器實現(xiàn)的，而這些數(shù)據(jù)的傳輸則是通過高速光纖來實現(xiàn)的。通過傳感器技術、微電子技術、自動化控制技術以及電子網(wǎng)絡信息技術等，能夠?qū)崿F(xiàn)礦山開采自動化系統(tǒng)對通風設備運行參數(shù)、礦井風機實時運行數(shù)據(jù)的檢測，同時，通過礦山開采自動化系統(tǒng)的應用，能夠?qū)ΦV井通風系統(tǒng)主輔設備以及通風設備控制的一體化，通過現(xiàn)場人工操作控制、電子遠程控制以及自動化程序控制等，能夠保障整個自動化系統(tǒng)的自動化閉所控制?，F(xiàn)階段，眾多中小型礦山開采企業(yè)已經(jīng)開始應用風機自動控制系統(tǒng)，并在生產(chǎn)安全、能耗降低方面取得了不錯的成效。

3.2自動化技術對開采提升設備的作用

在進行礦山開采時，礦井提升設備時聯(lián)系井上、井下的唯一通道，礦井提升設備一旦出現(xiàn)問題，便會直接影響礦山企業(yè)礦物資源的正常開采，降低開采效率，也增加了開采的安全隱患。

為了有效提升礦井開采提升設備的安全性，現(xiàn)階段越來越多的企業(yè)開始選擇可編輯邏輯控制器作為核心系統(tǒng)來進行礦井提升設備的自動化管理。礦井提升設備自動化控制系統(tǒng)能夠?qū)μ嵘O備的運行速度、運行軌道、線路監(jiān)控以及故障警報等進行控制和監(jiān)控。它具有自動診斷、壽命長、穩(wěn)定性強的優(yōu)勢。在整個PLC提升設備系統(tǒng)中，最突出的設備便是內(nèi)裝式提升機。內(nèi)裝式提升機在設計過程中將滾筒與驅(qū)動設備相互結合，將自動化、數(shù)字化等特點最大程度的展現(xiàn)出來。自動化技術在提升設備上的應用，不僅進一步加強了提升設備的運行安全性，又促進了提升設備的運行速度，對于礦山開采的高效、安全、持續(xù)生產(chǎn)具有重要的安全意義及經(jīng)濟意義。

3.3自動化系統(tǒng)對裝卸設備的作用

在完成礦井開采后，礦物資源的裝卸也直接影響著礦山開采的效率。傳統(tǒng)的礦產(chǎn)資源裝卸，通常是操作工人來完成的，但是由于人力活動具有一定的局限性，因此可能會出現(xiàn)操作疏忽，從而影響裝卸礦的安全性。

為了提升礦山礦石運輸?shù)男?，現(xiàn)階段常選擇帶式輸送機。相較于人力勞動，帶式輸送機能夠進行長距離輸送，并且輸送速率快，運行成本低，同時還能夠保障運輸數(shù)量。當前，帶式輸送機的自動化控制系統(tǒng)也選擇的是可編輯邏輯控制器，在其外圍有設備作為輔助，通過這種形式，能夠?qū)ρb卸傳輸帶進行集中控制、就地控制以及自動控制。礦產(chǎn)傳送的綜合自動化平臺，不僅能夠?qū)捷斔蜋C的運行狀態(tài)進行檢測和保護，還能夠進行整個輸送帶的軟控啟動，不僅顯著改善了設備性能，提升了整個礦山的開采效率，還有效降低了生產(chǎn)開采事故的發(fā)生率，兼顧了經(jīng)濟效益以及安全效益。

3.4自動化系統(tǒng)對活動范圍檢測的作用

在礦山開采過程中進行活動范圍的檢測，主要是為了進行井下開采人員數(shù)量的統(tǒng)計以及考勤管理，方便管理人員對井下工作人員進行安全管理。通過自動化技術的應用，能夠?qū)氯藛T的位置以及運動軌跡進行全面的監(jiān)測以及記錄，同時還能夠?qū)略O備以及機車等的運動軌跡進行跟蹤記錄，通過軌跡的記錄以及監(jiān)測，加強對于井下人員以及車輛設備的安全管理。進行活動范圍檢測的自動化技術，實質(zhì)上是一種集數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、自動化控制以及信息采集等技術為一體的動態(tài)目標監(jiān)控系統(tǒng)。它可以對進入井下工作人員的身份進行識別、并對運動軌跡以及運動時間進行記錄，通過識別和記錄，能夠?qū)討B(tài)目標的運動情況以及相關運動數(shù)據(jù)進行確定，一旦出現(xiàn)安全問題，管理人員便能夠第一時間進行尋呼以及報警。另一方面，通過自動化技術對井下人員位置進行監(jiān)控，能夠?qū)崿F(xiàn)礦井工作人員的位置共享，礦山企業(yè)領導根據(jù)井下人員的位置信息能夠制定更加完善的開采計劃，從而推動礦山企業(yè)的進一步發(fā)展。

3.5自動化系統(tǒng)對礦井排水的作用

礦井自動化排水系統(tǒng)，一般是由計算機自動監(jiān)測水位裝置以及自動化水泵開停裝置構成的，他可以對礦井排水的運行參數(shù)進行監(jiān)控，并分析差值來對設備進行保護。當前，礦井的排水系統(tǒng)多由多臺多級離心水泵構成，一組水泵用于工作、另一組則當做備用。礦井的水泵工作電壓高，運行功率大，同時運行視野較差，僅憑人工是很難對其進行監(jiān)控的，另一方面，在水泵運行前進行管路充水、井下水位監(jiān)測以及水泵設備的運行和管理等一系列工作，倘若進行人工操作，其勞動強大極大、操作過程極為復雜，這會嚴重影響整個開采過程中的效率和速率。而通過自動化系統(tǒng)的建設和應用，能夠?qū)崿F(xiàn)對于水泵運行情況的實時監(jiān)測，同時還能夠?qū)τ谒眠\行操作進行遠程控制，從而提高了安全生產(chǎn)保障，又降低了不必要的資源消耗。

3.6自動化系統(tǒng)對礦山填充的作用

隨著人們越來越重視環(huán)境保護，綠色環(huán)保、無廢料產(chǎn)生的開采是礦山開采的發(fā)展趨勢，而礦山填充技術，是一種利用礦山固體材料進行填充，從而最大程度利用礦山開采的廢料，降低環(huán)境污染的一種技術手段。礦山充填，不僅全面解決了礦山開采活動帶來的資源消耗以及環(huán)境破壞，還能夠有效緩解采礦帶來的安全隱患問題，因此可以說，礦山開采時支撐現(xiàn)代礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新技術。

在進行礦山充填時，往往會應用到多種充填工藝和充填設備，為了確保這些充填工藝和充填設備都能夠正常運行，可以通過自動化系統(tǒng)來進行多種充填工藝的控制。自動化系統(tǒng)在礦山充填中的應用主要包括廢料攪拌混合以及材料輸送兩個方面。礦山充填所應用的自動化系統(tǒng)主要是由分布式控制系統(tǒng)來完成的，通過分布式控制系統(tǒng)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)廢料混合和攪拌工藝中的配料成分比對，避免了由于廢料比例不穩(wěn)定導致的充填質(zhì)量問題，還能夠通過自動化的充填材料輸送來改善充填工作的環(huán)境?？傮w來說，通過分布式自動控制系統(tǒng)的應用，能夠有效降低基層工人的工作強度，還能夠極大程度的提升整體的工作效率，為整個礦山開采企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展以及基層工作人員的工作安全提供保障。

3.7自動化在礦山未來的趨勢

開發(fā)不同功能的采礦應用軟件，以滿足采礦業(yè)信息化的要求。因此信息化、數(shù)字化、智能化技術應廣泛應用到自動化控制技術，信息化主要是采用軟件模塊化模式和技術手段，開發(fā)各種礦山應用軟件；數(shù)字化主要是以高速企業(yè)網(wǎng)為基礎，與互聯(lián)網(wǎng)進行對接，建立高速雙向的通訊網(wǎng)絡，在采礦業(yè)的基礎上進行改造，表現(xiàn)在礦山的自動化和高效率上，從而實現(xiàn)采礦業(yè)的數(shù)字化。利用科學技術改造傳統(tǒng)采礦產(chǎn)業(yè)，未來這些技術成為我國采礦業(yè)的發(fā)展趨勢，要順應這一發(fā)展趨勢，就必須大力發(fā)展新技術、新設備研發(fā)一些有實際效用的技術來保證采礦技術的快速發(fā)展。然而這意味著傳統(tǒng)的采礦業(yè)面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。

四、結語

隨著自動化技術的不斷發(fā)展，自動化技術與礦山開采技術的有效結合逐漸取代了礦山開采機械化技術?？梢灶A料，未來的礦山開采一定是以自動化系統(tǒng)為基礎的“數(shù)字化”、“信息化”開采模式，因此，如何落實自動化系統(tǒng)的建設是礦山開采企業(yè)的重中之重。本文對自動化系統(tǒng)在礦山開采中的應用做了分析，以期我國的礦山企業(yè)加速建立完整的自動化開采系統(tǒng)。

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（作者單位：武漢輕工大學電氣與電子工程學院）