非煤礦山機械設(shè)備大型化與智能化發(fā)展趨勢研究

【摘要】隨著機械設(shè)備制造工藝和研究的不斷進步，應(yīng)用于礦山實際生產(chǎn)的機械設(shè)備也取得了日新月異的發(fā)展。在我國新世紀探索工業(yè)化、信息化的道路上，對資源開采技術(shù)及設(shè)備提出了發(fā)展要求，故發(fā)展礦山機械設(shè)備作為推動采礦技術(shù)革新的重要力量正面臨著重大考驗。本文對比國內(nèi)外礦山機械設(shè)備的特點和差距，探討礦山機械設(shè)備的大型化和智能化發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】非煤礦山機械 發(fā)展趨勢 大型化

智能化

一、前言

從世界范圍來看，瑞典的基律納鐵礦和加拿大國際鎳公司的礦山是兩個依靠采礦裝備進步來提高采礦效率和促進礦山穩(wěn)步發(fā)展的典型代表。以基律納鐵礦為例，盡管長期開采使得該礦的開采條件逐漸變差，但其年生產(chǎn)能力一直維持在千萬噸以上，其中雖有管理水平的因素，但裝備和采礦技術(shù)的進步是最基本和最重要的因素。在1983年，基律納鐵礦分段崩落法的分段高度為12m，使用阿特拉斯-科普柯(Atllas Copco)公司鉆孔直徑57mm的Simba 323型風動鑿巖臺車鉆孔、8t斗容的Cat980型柴油裝載機裝載。目前分段崩落高度己增加到30m，鉆孔主要用重型液壓鑿巖機或潛孔液壓鉆機，鉆孔直徑115mm，85％的礦量采用斗容為15～25f的電動裝載機裝載，裝載作業(yè)也由每周5個工作日改為7天，有些采區(qū)還采用夜班工作制。在我國，凡口鉛鋅礦和金川公司是兩個依靠裝備進步、改進采礦技術(shù)與工藝來提高生產(chǎn)效率的典型地下金屬礦山。

近30年來，地下礦山依靠裝備進步，使生產(chǎn)效率提高了3～5倍或更高。目前，人們又在努力研制和開發(fā)適合連續(xù)開采的采礦裝備，以期進一步提高采礦效率。在露天礦，依靠裝備進步改進生產(chǎn)工藝、提高經(jīng)濟效益、擴大開采邊界的效果更為明顯。

縱觀采礦技術(shù)的發(fā)展，可以看到礦山機械的革新是源動力，因此大力發(fā)展礦山機械設(shè)備是目前國內(nèi)礦山生產(chǎn)規(guī)模化發(fā)展的重要保障。本文從礦山機械設(shè)備發(fā)展趨勢入手，重點分析礦山機械大型化和智能化的意義，對國內(nèi)礦山機械發(fā)展進行探討。

三、礦山機械大型化發(fā)展趨勢

近20多年來，采礦設(shè)備大型化的趨勢十分明顯，特別是沒有作業(yè)空間限制的露天礦設(shè)備，工作質(zhì)量達數(shù)百上千噸、乃至數(shù)千噸的設(shè)備種類繁多。例如PH 5700XPA型電鏟的工作重量達1500多噸，最大電機功率近4000kW；RH400型液壓挖掘機的工作重量達800噸，柴油機功率2500kW；L－1800輪式裝載機的工作重量217噸，柴油機功率近1492kw；Cat797型礦用汽車的工作重量達558噸(滿載)，功率2404kW：T282型礦用汽車的工作重量為528噸(滿載)，功率2000kW；而小時生產(chǎn)能力為10000噸的大型可移動(或全移動)破碎站的重量達2000噸以上，配備動力2000多kW。

與此同時，地下礦采礦設(shè)備也悄然變得越來越大。例如，在20世紀80年代，常用鏟運機的裝載質(zhì)量一般為6～10t，斗容0.4～1.0m³、裝載質(zhì)量1～2t的鏟運機也在一些礦山得到應(yīng)用；而現(xiàn)在大型地下礦常用鏟運機的裝載質(zhì)量一般為15～20f，裝載質(zhì)量25f的Toro 2500型鏟運機、Bison電動鏟運機及更大的Toro2500E型鏟運機也在礦山獲得實際應(yīng)用。常用井下運輸汽車的基本噸位已從20～30t提高到50f，最近Tamrock公司又推出了Super系列井下運輸汽車，其中的Super 0012H型載重可達100～120f。鉆孔深度可達60m以上的Simba W469型鑿巖臺車，已使得基律納鐵礦分段崩落法的分段高度從12m提高到近30m。

礦山主要機械作為引領(lǐng)采礦技術(shù)革新的主要力量，其發(fā)展趨勢分析具有重要意義：

1 鉆孔設(shè)備

目前，由長沙礦山研究院與衡陽有色冶金機械總廠研制的YZ-55型牙輪鉆機，其鉆孔孔徑為280～380mm，在結(jié)構(gòu)參數(shù)和技術(shù)性能方面已經(jīng)趕超美國60RⅢ型牙輪鉆機。由宣化采掘機械廠和長沙礦山研究院研制的SC－165E型和CBH一10型潛孔鉆機，已將氣壓提高到1.6～1.8Mpa，并實現(xiàn)自動作業(yè)、故障自診斷、誤動作保護及遠程監(jiān)控管理。從礦山鉆孔設(shè)備設(shè)計研發(fā)階段來說，國內(nèi)技術(shù)已經(jīng)基本能夠與國際先進水平接軌。

從國內(nèi)礦山企業(yè)運用礦山機械設(shè)備的現(xiàn)狀來看，大多數(shù)露天礦山已基本實現(xiàn)潛孔鉆穿孔進行中深孔爆破和機械鏟裝等機械化采礦，但地下礦山特別是礦體賦存較薄的礦山仍主要采用手風鉆進行淺孔留礦開采方式。無論從我國露天開采還是地下開采鉆孔設(shè)備的現(xiàn)狀來看，仍然和先進水平有所差距，這種差距更多的是來自于國內(nèi)礦山未使用與之相匹配的更為先進的采礦方法。

可以說礦山鉆孔設(shè)備的發(fā)展應(yīng)該向著機械設(shè)備大型化、自動化和精度化的趨勢逐步發(fā)展，并逐步使用與之相匹配的采礦方法。

2 裝運設(shè)備

礦山裝運設(shè)備包括鏟裝和運輸設(shè)備，露天開采和地下開采的裝運設(shè)備從發(fā)展對比來看，露天礦山裝運設(shè)備的更新與發(fā)展取得了更為長足的進步，地下礦山主要是受限于地下運輸巷道的尺寸大小和囤巖巖性等。

從大型露天礦裝運設(shè)備研發(fā)看來，太重集團成功地研制出了WK-55型礦用機械正鏟，斗容為55m³；由北方重汽公司研制的MT5500型電動輪礦用卡車，額定載重量為326t。但此類裝運僅在國內(nèi)特大型露天礦山有可能見到，中小型露天礦山仍采用4-10m³的電鏟和20-50t的自卸礦車。

鏟運機、井下自卸汽車和電機車(柴油機車)是地下開采主要的裝運設(shè)備，目前國內(nèi)許多地下礦山仍采用有軌運輸，在一定程度上限制了運輸效率。在采礦業(yè)發(fā)達的國家，如瑞典、加拿大、美國、德國、芬蘭等，地下礦山已廣泛推廣應(yīng)用無軌化采礦技術(shù)。這些國家使用鏟運機、井下礦用自卸汽車等井下無軌運輸設(shè)備的出礦量已占總出礦量的80％～85％。一般來說，日產(chǎn)1000～3000t的地下礦采用20～35t礦用汽車，日產(chǎn)15000～40000t則采用45～60t的汽車，20t以下的井下礦用自卸汽車則很少采用。

地下無軌運輸方式的優(yōu)勢現(xiàn)已逐步吸引了絕大多數(shù)國內(nèi)礦山企業(yè)(特別是大中型礦山企業(yè))的目光，可以說無軌運輸會逐步取代有軌運輸成為國內(nèi)地下礦山運輸方式的主流，同時與之相適應(yīng)的大型井下裝運設(shè)備也呼之欲出。四、礦山機械設(shè)備智能化發(fā)展趨勢

在“數(shù)字化”、“智能化”己成為知識經(jīng)濟重要標志的21世紀，在采礦設(shè)備向著大型化發(fā)展的同時，隨著衛(wèi)星無線通訊技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，采礦設(shè)備在開發(fā)和應(yīng)用方面也逐步開始了自動化和智能化的進程。可以說，目前采礦設(shè)備的自動化和智能化已經(jīng)取得了實質(zhì)性的進步，無論在露天礦還是在地下礦，無人駕駛程式化控制和集中控制的采礦設(shè)備，已經(jīng)進入實際研發(fā)與應(yīng)用階段。在今后的20年里，完善的自動化和信息技術(shù)將會在采礦設(shè)備得到更廣泛的應(yīng)用，也將會在一定程度上改變采礦方法和提高采礦技術(shù)水平。

信息、定位、通訊和自動化技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用，深刻地影響和改變著傳統(tǒng)的采礦工藝，無人工作面、遙控采礦甚至是無人礦井等已在瑞典、加拿大、美國、澳大利亞等礦業(yè)發(fā)達國成為現(xiàn)實。加拿大INCO公司通過地下通訊、地下定位與導航、信息快速處理及過程監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了對地下開采裝備乃至整個礦山開采系統(tǒng)的遙控操作。在當前自動化程度最高的加拿大國際鎳公司斯托比礦，除固定設(shè)備已實現(xiàn)自動化外，鏟運機、鑿巖臺車、井下汽車全部實現(xiàn)了無人駕駛，工人只需在地面遙控這些設(shè)備，就可以保證采礦工作順利進行。我國也正在朝這方面發(fā)展，自動化調(diào)度系統(tǒng)、采礦設(shè)備的自動化控制、智能化全球定位系統(tǒng)等現(xiàn)代技術(shù)也已在一些礦山得到推廣應(yīng)用，并取得了很好效果。但總體水平同國外發(fā)達國家相比，差距還很大。

學習國外先進經(jīng)驗，努力實現(xiàn)我國采礦工藝與采礦設(shè)備智能化，提高礦山安全生產(chǎn)度和勞動效率。首先，加快建立礦山設(shè)備智能化體系，結(jié)合運用網(wǎng)絡(luò)、相關(guān)軟件、礦山數(shù)據(jù)和模型及調(diào)度優(yōu)化和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)，構(gòu)成了礦山生產(chǎn)智能化采礦系統(tǒng)；其次，逐步發(fā)展智能采礦機器人系統(tǒng)技術(shù)，使采礦機器人進行開采過程的聯(lián)合作業(yè)，形成礦山開采作業(yè)完整體系。

礦山的數(shù)字化、智能化的研究將以單臺設(shè)備的遙控化和智能化為基礎(chǔ)，逐步發(fā)展形成礦山系統(tǒng)的智能化。盡管目前人們對數(shù)字化、智能化在中國礦山的實現(xiàn)還心存疑慮，但國外有些礦山已在這些方面取得了很大進展并凸顯出了經(jīng)營優(yōu)勢，我相信不久的將來數(shù)字化礦山將會在冶金礦山變?yōu)楝F(xiàn)實。

五、結(jié)論

本文通過對比國內(nèi)外礦山機械設(shè)備的特點及差距，指出礦山機械發(fā)展的大型化和智能化發(fā)展趨勢，并詳細分析礦山機械大型化和智能化的關(guān)鍵點，初步探索了我國礦山機械設(shè)備的發(fā)展之路。本文主要觀點：第一，應(yīng)加快露天牙輪鉆機、地下鏟運機、井下鉆機和井下礦用自卸汽車等主要礦山機械設(shè)備大型化的研發(fā)制造及投入應(yīng)用；第二，應(yīng)逐步構(gòu)建及形成礦山生產(chǎn)智能化采礦系統(tǒng)，并加快發(fā)展智能采礦機器人系統(tǒng)技術(shù)，最終實現(xiàn)智能采礦技術(shù)。