礦山自動化采礦技術的應用研究

王萬倉，賈韶華

（陜西彬長文家坡礦業(yè)有限公司，陜西 咸陽 713500）

在傳統(tǒng)的采礦工藝下，由于自動控制技術在能源開采行業(yè)發(fā)展及應用有限，尤其在綜采自動化工作面方面，機械化早已普及，但是所有的采礦作業(yè)都是由人工操作設備來完成，由于礦層分布的復雜性、作業(yè)環(huán)境的危險性、工人狀態(tài)的不穩(wěn)定性，使得人工開采過程中常常伴隨著諸多的安全風險，嚴重的影響著工人的身體健康以及生命安全，同時導致采礦效率低下，影響單位的經濟效益。當前，隨著自動化、智能化時代的到來，各種新型的機械設備與自動控制逐步被應用于采礦作業(yè)中，尤其是自動化設備與技術在綜采工作面上的應用，更是使得采礦作業(yè)實現(xiàn)了智能化，智能化綜采自動化采礦技術符合當前能源開采行業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的要求，為安全、高效開采提供了良好的技術支持。

1 礦山綜采自動化采礦技術概況

1.1 采礦自動化系統(tǒng)組成

圖1 綜采自動化技術控制系統(tǒng)圖

從當前綜采自動化采礦技術在礦山開采作業(yè)中的應用來看，自動化采礦是智能化系統(tǒng)是核心構成，承擔著重要的控制任務。在自動化采礦系統(tǒng)中的主要構成為轉載系統(tǒng)與主采機組，而主采機組又包含了“刮板輸送機機、采礦機械設備以及液壓支架”（簡稱三機），轉載系統(tǒng)中主要為破碎機與膠帶輸送機。在整個綜采自動化采礦技術的應用過程中，刮板機、采礦機械設備與液壓支架如何實現(xiàn)對整個綜采工作面的科學控制，是綜采工作面自動化控制的關鍵。隨著電液控技術以及傳感器的發(fā)展，液壓支架自動控制技術已趨于完善，由于井下采械設備工藝的復雜性，礦產資源識別的準確性不好掌握，采礦機械設備自動化發(fā)展緩慢，目前應用最多的還是記憶截割技術。綜采自動化采礦技術下，控制系統(tǒng)如圖1所示[1]。

1.2 智能化采礦技術的對比優(yōu)勢

1.2.1 機械化水平高，替代人工大部分工作

近年來，隨著礦山開采作業(yè)中各種新型技術的應用，尤其是綜采自動化的廣泛應用，使得綜采自動化采礦技術的發(fā)展日益成熟，逐步取代了傳統(tǒng)的人工開采方式，實現(xiàn)了半自動化作業(yè)。相比較而言，綜采自動化的突出特征主要體現(xiàn)在通過用自動化機械設備來取代部分人工作業(yè)的方式，來減少采礦過程中的人力工作量，機械設備的引入使得整個的采礦作業(yè)具有更高的機械化水平，采礦效率大大提升。自動化作業(yè)的過程中，通過自動化設備、系統(tǒng)的應用，專業(yè)人員能夠對整個的采礦作業(yè)開展實時的監(jiān)控，一旦出現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)可以自動進行相應的調整與改進，使得整個的采礦作業(yè)更為安全與高效，開采更具精確性[2]。此外，自動化設備的應用還有配套控制系統(tǒng)，也就是現(xiàn)代控制系統(tǒng)的支持，這一系統(tǒng)使得在采礦作業(yè)中能夠更為精確、高效地開展各種的計算，實現(xiàn)能源開采過程中各種數(shù)據(jù)的整合與利用，使得采礦作業(yè)能夠順利進行。機械化開采為人們對采礦全過程、全方位的管理提供了便捷，相關人員能夠根據(jù)實時的監(jiān)控與數(shù)據(jù)獲取，來及時進行采礦作業(yè)中各種異常情況的快速處理，在一定程度上實現(xiàn)了安全開采的目標，減少了各種安全事故的發(fā)生。

1.2.2 開采效率相對高，尤其在開采質量與速度上

近年來，技術的進步是綜采自動化發(fā)展的重要驅動力，在很多礦山開采作業(yè)中，綜采自動化取得了良好的應用效果，礦產資源產量有所提升。綜采自動化技術下，自動化設備的應用極為關鍵，比如，電液控制系統(tǒng)具有一定的自動化特征，在采礦作業(yè)中的應用能夠充分保障支護的安全性、開采的高效化，減少人為因素對開采作業(yè)的不利影響。數(shù)據(jù)采集設備的應用使得在整個的開采作業(yè)中，隨著開采活動的進行，該設備能夠自動采集數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的實時性，及時根據(jù)數(shù)據(jù)的分析情況，來判斷和掌握開采作業(yè)中的異常情況，進而采取相應的控制措施。綜采自動化技術下，遠程控制功能能夠得以實現(xiàn)，這種控制方式突破了傳統(tǒng)的空間與時間限制，體現(xiàn)了一定的智能化特征[3]。當綜采自動化的某些設備在獲得相應的數(shù)據(jù)信息以后，能夠對這些數(shù)據(jù)加以基礎的處理，針對質地的差異性，控制系統(tǒng)還可以自動來進行切割速度的控制，避免了人工操作誤差的不利影響，使得礦產資源的利用率有所提升[4]。開采作業(yè)中如果出現(xiàn)了安全風險、異常故障時，系統(tǒng)會立即啟動故障識別與預警模塊，來進行相應問題的反饋，控制故障損失。

2 綜采自動化系統(tǒng)的控制要求

礦山開采作業(yè)中，綜采工作面是利用綜采自動化采礦技術的重要陣地，在此工作面上，礦層分布相對特殊，作業(yè)工作面的環(huán)境具有多變性、復雜性，為保障礦產資源的有效開采與利用，包含的生產工序與流程較多，只有具有自動化控制的功能，才能夠使得開采作業(yè)穩(wěn)定進行。綜采工作面的生產任務需實現(xiàn)遠程控制與就地控制的結合、就地分部開車與檢修開車的結合。一些控制模塊即使處于地面，也能夠對井下作業(yè)的各個要素開展更為全面的控制，比如，對一些綜采設備、開關、泵站等應能夠實現(xiàn)自動化控制。綜采自動化開采出現(xiàn)故障診斷要求在控制系統(tǒng)中要具有相應的故障識別、視頻監(jiān)控模塊，及時進行故障原因的分析、位置的鎖定。

3 綜采工作面智能化采礦技術的影響因素

3.1 觀念因素

在綜采工作面智能化采礦技術的應用過程中，如果要充分發(fā)揮其技術優(yōu)勢，就必須要充分具備極強的技術創(chuàng)新理念，不論是技術還是設備，通過一定時間的研究，堅定信念就一定能夠達到良好的技術創(chuàng)新效果。因此，在很多時候，綜采工作面智能化采礦技術的發(fā)展與應用會受限于人的觀念，如果人的觀念相對落后，缺乏創(chuàng)新意識，不僅會影響技術發(fā)展，還會影響礦企的經濟效益。

3.2 技術因素

綜采工作面智能化技術的發(fā)展不僅對設備有著極高的要求，還需要保障技術的先進性，尤其是要有智能化技術的支持?，F(xiàn)階段，我國綜采智能化采礦技術雖然取得了良好的發(fā)展效果，但是，在實際的發(fā)展過程中，一些礦企受限于技術發(fā)展，智能化采礦技術并未完全實現(xiàn)與應用，雖然一些簡單的作業(yè)環(huán)節(jié)能夠應用智能化技術來實現(xiàn)，一些相對復雜的環(huán)境狀態(tài)下缺乏綜采智能化采礦技術的支持

3.3 環(huán)境因素

礦山進行開采作業(yè)的環(huán)境條件具有復雜性與多變性，在實際的工作過程中，可能會存在諸多的安全威脅，環(huán)境因素、安全隱患在一些條件下會影響綜采工作面智能化采礦技術的應用?，F(xiàn)階段，隨著綜采智能化采礦技術的快速發(fā)展，一些技術日益成熟，越來越能夠抵御環(huán)境對技術應用所造成的不利影響，也就克服了綜采智能化采礦技術應用中環(huán)境因素的限制，能夠提高采礦的整體效率與質量。

4 綜采自動化采礦技術的實踐應用

4.1 應用于采礦機械設備控制中

綜采自動化采礦技術下，采礦機械設備是核心設備，其有效應用取代了傳統(tǒng)的人工開采作業(yè)，使得在整個的采礦過程中，機械化采礦目標得以實現(xiàn)，開采效率大大提高。在采礦機械設備的運行過程中，在已有設定參數(shù)的基礎上穩(wěn)定運行，保障開采作業(yè)的高效開展，在采礦機械設備運行與開采的過程中，現(xiàn)場人員發(fā)揮著重要的輔助作用。采礦機械設備運行下的主要控制對象是牽引機與滾筒機，在實際的采礦中，為使得采礦作業(yè)能夠高效進行，需結合礦井工作環(huán)境的具體情況，使得控制方式的選擇更為合理。自動化控制的體現(xiàn)主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）曲首刀控制。綜采自動化技術下，從多個角度來對綜采自動化設備參數(shù)加以分析、控制與處理，使得在參數(shù)盡量正確，保障采礦機械設備的可靠運轉[5]。為了減少采礦機械設備運行過程中的各種故障，維持其最佳的運行狀態(tài)，必須要重視開采礦產資源數(shù)量的控制。通常情況下，開采量大于實際尺寸最為合適，能夠保障采礦工作的安全、高效進行。

（2）采礦機械設備運行控制。在運行過程中，記憶開采數(shù)量實現(xiàn)體現(xiàn)了自動化技術的優(yōu)勢，使得能源開采的各個環(huán)節(jié)得以順利完成。

4.2 應用于供液系統(tǒng)

智能集成供液系統(tǒng)由泵站、電磁卸載、智能控制、變頻控制、乳化液自動配比、多級過濾等組成，是綜采工作面支架液壓系統(tǒng)供液的動力，為綜采工作面提供恒壓、清潔、配比穩(wěn)定的高質量乳化液，是礦山智能化綜采工作面自動化后備保障系統(tǒng)。

4.3 應用于液壓支架控制中

在綜采自動化技術下，工作面的支撐是由液壓支架來完成的，控制支架工作的核心是電液控制系統(tǒng)，它由電液控換向閥、控制器以及傳感器組成，液壓支架電液控制系統(tǒng)是對液壓支架實施多功能、高效率、自動化控制的成套設備，能夠有效提高液壓支架的動作速度，減輕工人的勞動強度，確保生產安全。接入礦企信息化系統(tǒng)，實現(xiàn)井上下綜采設備信息的實時共享和分析，為科學生產管理和決策提供有力保障。

4.4 綜采工作面自動化控制系統(tǒng)

綜采工作面自動化控制系統(tǒng)，在綜采工作面單機設備自動化基礎上，建立一套以監(jiān)控中心為核心，工作面視頻、以太網、音頻、遠控為基礎的集中自動化控制系統(tǒng)。采用擬人手法，把人的視覺、聽覺延伸到工作面，將工人從危險的工作面采場解放到相對安全的順槽監(jiān)控中心，實現(xiàn)在順槽監(jiān)控中心對液壓支架、采礦機械設備、刮板輸送機、轉載機、破碎機、順槽膠帶機、泵站、開關等綜采設備進行遠程操控，達到工作面“無人化”開采的目的。

5 結語

近年來，礦山開采逐步改變了傳統(tǒng)粗放型的發(fā)展路線，積極進行了技術革新與改進，以適應能源開采行業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的要求。彬長礦區(qū)充分發(fā)揮新技術、新裝備、新工藝對安全生產重要支撐作用，加快裝備升級和自動化改造，真正實現(xiàn)機械化換人、自動化減人，對于提高生產效率與質量具有重要的意義，能夠為礦企創(chuàng)造更大的經濟利益[6]。