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有限公司，陜西 咸陽 713500）

在傳統的采礦工藝下，由于自動控制技術在能源開采行業發展及應用有限，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都是由人工操作設備來完成，由于礦層分布的復雜性、作業環境的危險性、工人狀態的不穩定性，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，更是使得采礦作業實現了智能化，智能化綜采自動化采礦技術符合當前能源開采行業現代化發展的要求，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 采礦自動化系統組成

圖1 綜采自動化技術控制系統圖

從當前綜采自動化采礦技術在礦山開采作業中的應用來看，自動化采礦是智能化系統是核心構成，承擔著重要的控制任務。在自動化采礦系統中的主要構成為轉載系統與主采機組，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，控制系統如圖1所示[1]。

1.2 智能化采礦技術的對比優勢

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展日益成熟，逐步取代了傳統的人工開采方式，實現了半自動化作業。相比較而言，綜采自動化的突出特征主要體現在通過用自動化機械設備來取代部分人工作業的方式，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具有更高的機械化水平，采礦效率大大提升。自動化作業的過程中，通過自動化設備、系統的應用，專業人員能夠對整個的采礦作業開展實時的監控，一旦出現異常情況，系統可以自動進行相應的調整與改進，使得整個的采礦作業更為安全與高效，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，也就是現代控制系統的支持，這一系統使得在采礦作業中能夠更為精確、高效地開展各種的計算，實現能源開采過程中各種數據的整合與利用，使得采礦作業能夠順利進行。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，相關人員能夠根據實時的監控與數據獲取，來及時進行采礦作業中各種異常情況的快速處理，在一定程度上實現了安全開采的目標，減少了各種安全事故的發生。

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展的重要驅動力，在很多礦山開采作業中，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，電液控制系統具有一定的自動化特征，在采礦作業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的不利影響。數據采集設備的應用使得在整個的開采作業中，隨著開采活動的進行，該設備能夠自動采集數據，實現數據采集的實時性，及時根據數據的分析情況，來判斷和掌握開采作業中的異常情況，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，這種控制方式突破了傳統的空間與時間限制，體現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據信息以后，能夠對這些數據加以基礎的處理，針對質地的差異性，控制系統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]。開采作業中如果出現了安全風險、異常故障時，系統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 綜采自動化系統的控制要求

礦山開采作業中，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，作業工作面的環境具有多變性、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穩定進行。綜采工作面的生產任務需實現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、泵站等應能夠實現自動化控制。綜采自動化開采出現故障診斷要求在控制系統中要具有相應的故障識別、視頻監控模塊，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，如果要充分發揮其技術優勢，就必須要充分具備極強的技術創新理念，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新效果。因此，在很多時候，綜采工作面智能化采礦技術的發展與應用會受限于人的觀念，如果人的觀念相對落后，缺乏創新意識，不僅會影響技術發展，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。現階段，我國綜采智能化采礦技術雖然取得了良好的發展效果，但是，在實際的發展過程中，一些礦企受限于技術發展，智能化采礦技術并未完全實現與應用，雖然一些簡單的作業環節能夠應用智能化技術來實現，一些相對復雜的環境狀態下缺乏綜采智能化采礦技術的支持

3.3 環境因素

礦山進行開采作業的環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。現階段，隨著綜采智能化采礦技術的快速發展，一些技術日益成熟，越來越能夠抵御環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的人工開采作業，使得在整個的采礦過程中，機械化采礦目標得以實現，開采效率大大提高。在采礦機械設備的運行過程中，在已有設定參數的基礎上穩定運行，保障開采作業的高效開展，在采礦機械設備運行與開采的過程中，現場人員發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，為使得采礦作業能夠高效進行，需結合礦井工作環境的具體情況，使得控制方式的選擇更為合理。自動化控制的體現主要體現在以下方面：

（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加以分析、控制與處理，使得在參數盡量正確，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，必須要重視開采礦產資源數量的控制。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，記憶開采數量實現體現了自動化技術的優勢，使得能源開采的各個環節得以順利完成。

4.2 應用于供液系統

智能集成供液系統由泵站、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供液的動力，為綜采工作面提供恒壓、清潔、配比穩定的高質量乳化液，是礦山智能化綜采工作面自動化后備保障系統。

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，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，實現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

綜采工作面自動化控制系統，在綜采工作面單機設備自動化基礎上，建立一套以監控中心為核心，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。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控中心，實現在順槽監控中心對液壓支架、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粗放型的發展路線，積極進行了技術革新與改進，以適應能源開采行業現代化發展的要求。彬長礦區充分發揮新技術、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，能夠為礦企創造更大的經濟利益[6]。