自動(dòng)化系統(tǒng)在礦山中的應(yīng)用

吳磊

【摘 要】現(xiàn)階段，隨著我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)以及城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，城市基建對(duì)礦山資源的需求呈現(xiàn)明顯提升的趨勢(shì)，這就對(duì)礦山企業(yè)的開采效率提出了新的技術(shù)要求。當(dāng)前，自動(dòng)化技術(shù)的成熟，使得礦山企業(yè)將自動(dòng)化技術(shù)越來(lái)越多的應(yīng)用于礦山開采上面。通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，不僅能夠提升礦山資源的生產(chǎn)效率，還能夠?yàn)殚_采提供極大的安全保障。相較于西方發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)的自動(dòng)化技術(shù)研究起步較晚，自動(dòng)化技術(shù)在礦山開采上的應(yīng)用也不夠廣泛。本文基于這個(gè)情況，對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)在礦山中的應(yīng)用做了介紹，并分析了自動(dòng)化系統(tǒng)在礦山開采應(yīng)用存在的問(wèn)題，以期為相關(guān)工作者提供指導(dǎo)和幫助。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)化系統(tǒng)；礦山開采

一、自動(dòng)化系統(tǒng)簡(jiǎn)介

自動(dòng)化系統(tǒng)，是指完全依靠自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的操縱，從而確保整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的系統(tǒng)。自動(dòng)化系統(tǒng)是一門多學(xué)科領(lǐng)域綜合性運(yùn)用的先進(jìn)系統(tǒng)。從廣義范圍上來(lái)說(shuō)，自動(dòng)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(dòng)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(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅能夠顯著提升機(jī)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(qiáng)度，對(duì)基層工作人員提供更為強(qiáng)大的安全保障。同時(shí)，通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)的建立，能夠減少能源資源的消耗，落實(shí)節(jié)能減排的發(fā)展目標(biāo)。因此可以說(shuō)，自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用和普及對(duì)于促進(jìn)社會(huì)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，加強(qiáng)人們對(duì)于世界的改變能力有著重要的意義。

現(xiàn)階段，信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及通信技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的進(jìn)一步完善提供了更加強(qiáng)大的技術(shù)支持，自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)到達(dá)了過(guò)程的最優(yōu)控制與管理的綜合自動(dòng)化階段。當(dāng)前的自動(dòng)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(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)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(dòng)化系統(tǒng)在礦山開采中的應(yīng)用

在我國(guó)，傳統(tǒng)的礦山資源開采都是通過(guò)機(jī)械探索定位，再通過(guò)人力開采來(lái)進(jìn)行的。這種開采方法不僅效率低下，而且對(duì)基層工作人員的生命安全沒(méi)有很好的保障。而自動(dòng)化系統(tǒng)在礦山開采中的應(yīng)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(shí)，近些年，我國(guó)的礦山自動(dòng)化系統(tǒng)逐漸引入了信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，這些技術(shù)的引入有力地推動(dòng)了“數(shù)字化礦山開采”的進(jìn)程。

“數(shù)字化礦山開采”，是礦山未來(lái)發(fā)展的主要趨勢(shì)和方向。信息化、數(shù)字化的礦山開采基礎(chǔ)便是自動(dòng)化系統(tǒng)，因此，想要實(shí)現(xiàn)礦山開采的信息化，首先需要落實(shí)礦山資源的自動(dòng)化。信息化和數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)，首先需要引入全面的綜合性自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，其次需要建立綜合自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，通過(guò)綜合性的自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，能夠?qū)φ麄€(gè)礦山開采中的生產(chǎn)、工況以及安全等設(shè)備進(jìn)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(jìn)行分析以及處理，而綜合自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的建立，能夠?qū)崿F(xiàn)礦山開采過(guò)程中信息的共享、加工以及利用，從而將這些信息反饋應(yīng)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(dòng)化系統(tǒng)，礦山開采的數(shù)字化以及信息化便無(wú)從開展。

當(dāng)前，我國(guó)的都個(gè)大中型礦山開采企業(yè)已經(jīng)開始應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、智能化技術(shù)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(yíng)等取得了良好的效益。同時(shí)，礦山開采企業(yè)通過(guò)將以上技術(shù)進(jìn)行全面的集成，形成了成熟的礦山綜合自動(dòng)化開采系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)礦山開采設(shè)備以及生產(chǎn)環(huán)境安全等信息進(jìn)行檢測(cè)和采集，并對(duì)其進(jìn)行分析和反饋，將整個(gè)礦山開采自動(dòng)化系統(tǒng)管理平臺(tái)的所有信息都通過(guò)數(shù)字化的形式展現(xiàn)給工作人員。通過(guò)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(dòng)化、生產(chǎn)設(shè)備安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化，設(shè)備管理自動(dòng)化以及操作自動(dòng)化，并且，通過(guò)人工智能分析技術(shù)的引入，能夠?yàn)榈V山開采中的相應(yīng)決策制定提供支持，實(shí)現(xiàn)礦山開采的高效、節(jié)能以及安全化。

三、礦山自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用詳細(xì)分析

3.1自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)礦產(chǎn)開采系統(tǒng)通風(fēng)設(shè)備的作用

在進(jìn)行礦山開采時(shí)，礦井風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取主要是通過(guò)各種傳感器實(shí)現(xiàn)的，而這些數(shù)據(jù)的傳輸則是通過(guò)高速光纖來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)以及電子網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)等，能夠?qū)崿F(xiàn)礦山開采自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)通風(fēng)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、礦井風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)的檢測(cè)，同時(shí)，通過(guò)礦山開采自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠?qū)ΦV井通風(fēng)系統(tǒng)主輔設(shè)備以及通風(fēng)設(shè)備控制的一體化，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)人工操作控制、電子遠(yuǎn)程控制以及自動(dòng)化程序控制等，能夠保障整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的自動(dòng)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(yīng)用風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，并在生產(chǎn)安全、能耗降低方面取得了不錯(cuò)的成效。

3.2自動(dòng)化技術(shù)對(duì)開采提升設(shè)備的作用

在進(jìn)行礦山開采時(shí)，礦井提升設(shè)備時(shí)聯(lián)系井上、井下的唯一通道，礦井提升設(shè)備一旦出現(xiàn)問(wèn)題，便會(huì)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(shè)備的安全性，現(xiàn)階段越來(lái)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(lái)進(jìn)行礦井提升設(shè)備的自動(dòng)化管理。礦井提升設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠?qū)μ嵘O(shè)備的運(yùn)行速度、運(yùn)行軌道、線路監(jiān)控以及故障警報(bào)等進(jìn)行控制和監(jiān)控。它具有自動(dòng)診斷、壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。在整個(gè)PLC提升設(shè)備系統(tǒng)中，最突出的設(shè)備便是內(nèi)裝式提升機(jī)。內(nèi)裝式提升機(jī)在設(shè)計(jì)過(guò)程中將滾筒與驅(qū)動(dòng)設(shè)備相互結(jié)合，將自動(dòng)化、數(shù)字化等特點(diǎn)最大程度的展現(xiàn)出來(lái)。自動(dòng)化技術(shù)在提升設(shè)備上的應(yīng)用，不僅進(jìn)一步加強(qiáng)了提升設(shè)備的運(yùn)行安全性，又促進(jìn)了提升設(shè)備的運(yùn)行速度，對(duì)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(jì)意義。

3.3自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)裝卸設(shè)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(lái)完成的，但是由于人力活動(dòng)具有一定的局限性，因此可能會(huì)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(yùn)輸?shù)男?，現(xiàn)階段常選擇帶式輸送機(jī)。相較于人力勞動(dòng)，帶式輸送機(jī)能夠進(jìn)行長(zhǎng)距離輸送，并且輸送速率快，運(yùn)行成本低，同時(shí)還能夠保障運(yùn)輸數(shù)量。當(dāng)前，帶式輸送機(jī)的自動(dòng)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(shè)備作為輔助，通過(guò)這種形式，能夠?qū)ρb卸傳輸帶進(jìn)行集中控制、就地控制以及自動(dòng)控制。礦產(chǎn)傳送的綜合自動(dòng)化平臺(tái)，不僅能夠?qū)捷斔蜋C(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)和保護(hù)，還能夠進(jìn)行整個(gè)輸送帶的軟控啟動(dòng)，不僅顯著改善了設(shè)備性能，提升了整個(gè)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(jì)效益以及安全效益。

3.4自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)活動(dòng)范圍檢測(cè)的作用

在礦山開采過(guò)程中進(jìn)行活動(dòng)范圍的檢測(cè)，主要是為了進(jìn)行井下開采人員數(shù)量的統(tǒng)計(jì)以及考勤管理，方便管理人員對(duì)井下工作人員進(jìn)行安全管理。通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)氯藛T的位置以及運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)以及記錄，同時(shí)還能夠?qū)略O(shè)備以及機(jī)車等的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行跟蹤記錄，通過(guò)軌跡的記錄以及監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)對(duì)于井下人員以及車輛設(shè)備的安全管理。進(jìn)行活動(dòng)范圍檢測(cè)的自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)質(zhì)上是一種集數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、自動(dòng)化控制以及信息采集等技術(shù)為一體的動(dòng)態(tài)目標(biāo)監(jiān)控系統(tǒng)。它可以對(duì)進(jìn)入井下工作人員的身份進(jìn)行識(shí)別、并對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡以及運(yùn)動(dòng)時(shí)間進(jìn)行記錄，通過(guò)識(shí)別和記錄，能夠?qū)?dòng)態(tài)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)情況以及相關(guān)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行確定，一旦出現(xiàn)安全問(wèn)題，管理人員便能夠第一時(shí)間進(jìn)行尋呼以及報(bào)警。另一方面，通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)對(duì)井下人員位置進(jìn)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(lǐng)導(dǎo)根據(jù)井下人員的位置信息能夠制定更加完善的開采計(jì)劃，從而推動(dòng)礦山企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

3.5自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)礦井排水的作用

礦井自動(dòng)化排水系統(tǒng)，一般是由計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)測(cè)水位裝置以及自動(dòng)化水泵開停裝置構(gòu)成的，他可以對(duì)礦井排水的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，并分析差值來(lái)對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)前，礦井的排水系統(tǒng)多由多臺(tái)多級(jí)離心水泵構(gòu)成，一組水泵用于工作、另一組則當(dāng)做備用。礦井的水泵工作電壓高，運(yùn)行功率大，同時(shí)運(yùn)行視野較差，僅憑人工是很難對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控的，另一方面，在水泵運(yùn)行前進(jìn)行管路充水、井下水位監(jiān)測(cè)以及水泵設(shè)備的運(yùn)行和管理等一系列工作，倘若進(jìn)行人工操作，其勞動(dòng)強(qiáng)大極大、操作過(guò)程極為復(fù)雜，這會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)開采過(guò)程中的效率和速率。而通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于水泵運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)還能夠?qū)τ谒眠\(yùn)行操作進(jìn)行遠(yuǎn)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(dòng)化系統(tǒng)對(duì)礦山填充的作用

隨著人們?cè)絹?lái)越重視環(huán)境保護(hù)，綠色環(huán)保、無(wú)廢料產(chǎn)生的開采是礦山開采的發(fā)展趨勢(shì)，而礦山填充技術(shù)，是一種利用礦山固體材料進(jìn)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(shù)手段。礦山充填，不僅全面解決了礦山開采活動(dòng)帶來(lái)的資源消耗以及環(huán)境破壞，還能夠有效緩解采礦帶來(lái)的安全隱患問(wèn)題，因此可以說(shuō)，礦山開采時(shí)支撐現(xiàn)代礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新技術(shù)。

在進(jìn)行礦山充填時(shí)，往往會(huì)應(yīng)用到多種充填工藝和充填設(shè)備，為了確保這些充填工藝和充填設(shè)備都能夠正常運(yùn)行，可以通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行多種充填工藝的控制。自動(dòng)化系統(tǒng)在礦山充填中的應(yīng)用主要包括廢料攪拌混合以及材料輸送兩個(gè)方面。礦山充填所應(yīng)用的自動(dòng)化系統(tǒng)主要是由分布式控制系統(tǒng)來(lái)完成的，通過(guò)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(duì)，避免了由于廢料比例不穩(wěn)定導(dǎo)致的充填質(zhì)量問(wèn)題，還能夠通過(guò)自動(dòng)化的充填材料輸送來(lái)改善充填工作的環(huán)境。總體來(lái)說(shuō)，通過(guò)分布式自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠有效降低基層工人的工作強(qiáng)度，還能夠極大程度的提升整體的工作效率，為整個(gè)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。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)與礦山開采技術(shù)的有效結(jié)合逐漸取代了礦山開采機(jī)械化技術(shù)?？梢灶A(yù)料，未來(lái)的礦山開采一定是以自動(dòng)化系統(tǒng)為基礎(chǔ)的“數(shù)字化”、“信息化”開采模式，因此，如何落實(shí)自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)是礦山開采企業(yè)的重中之重。本文對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)在礦山開采中的應(yīng)用做了分析，以期我國(guó)的礦山企業(yè)加速建立完整的自動(dòng)化開采系統(tǒng)。

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（作者單位：武漢輕工大學(xué)金銀湖校區(qū)）