采礦自動化技術的應用現狀研究

摘要：采礦自動化技術通過機械設備自動作業來完成礦產資源的開采，不僅能有效避免作業過程發生人員傷亡，而且自動化采礦技術還能準確分析礦區的資源特征并制定合理的開采計劃，有利于礦產資源的保護和開發，更加符合未來采礦作業的發展趨勢。本文系統總結了自動化采礦技術在國內的應用現狀，指出了限制采礦自動化技術發展的因素。本文對于未來采礦自動化技術的進一步發展具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：礦山;采礦;自動化技術;應用現狀

1、引言

傳統的采礦作業多是通過人工來完成絕大部分的開采工作，人工采礦存在很大弊端。首先，因為采礦作業面對的環境因素具有很大的不確定性，所以對工人來講工作的危險性較高。而且由于人工采礦時工人大多是依靠經驗進行作業，不能準確的分析礦區礦產資源的特征，所以不利于對礦產資源進行合理的開發和保護。相比與人工采礦，自動化采礦技術可以通過機械設備自動作業來完成礦產資源的開采，可以有效避免作業過程發生人員傷亡，可以在特殊惡劣環境下進行無人作業，同時自動化采礦技術還能準確分析礦區的資源特征并制定合理的開采計劃，有利于礦產資源的保護和開發。采礦自動化技術因為更先進，更安全，更高效，更精細化，可極大的降低人工成本，更加符合未來采礦作業的發展趨勢。

2、采礦自動化技術應用現狀分析

采礦自動化技術因為可以顯著提高礦山開采作業的生產效率，所以在礦山開采、開挖和運輸等作業過程中逐漸被使用。采礦自動化技術在礦山開采作業過程中主要應用在以下四個方面：自動化技術應用于采礦機械設備，應用于供液、排水系統，應用于通風系統和應用于裝卸運輸系統。

2.1、應用于采礦機械設備

采礦機械是采礦作業的核心設備，采礦機械可以代替人工完成開采作業，有效提高礦山開采作業的效率。實現采礦機械的自動化控制，是采礦自動化技術的應用核心。要實現采礦機械的自動控制，首先要以設備穩定的參數閾值范圍為基礎，然后把牽引機、滾筒機等關鍵控制設備的實時工作狀態展示在作業人員面前。作業人員能夠根據采礦機械的運行數據及礦山資源的采集信息，來分析采礦機械的運行能力，及預測礦山內部礦層里的阻礙。在礦山開采時，為了保證作業效率和進度，要根據礦山實際的作業環境，選擇更加合理的控制方式。典型的，自動化技術在采礦機械中的應用主要包括曲首刀控制和采礦設備的運行控制，通過對曲首刀和運行控制做合理的配置，把相應的自動化操控參數與運行狀況結合，采用自動化操控理論和智能記憶查找功能，及時的避免采礦設備在使用期間出現故障，保證礦山開采作業的穩定進行。

2.2、應用于供液、排水系統

采礦自動化技術在供液、排水系統中的應用，是把自動控制與計算機數據處理相互結合的技術。在礦山的開采作業過程中，應該根據礦井的實際狀況，選擇適合當前作業項目的供液、排水系統部件。對于自動化采礦系統里的供液系統，應用時應將生產管理目標、液位傳感器和料位計等核心功能模塊相結合。同時供液系統的順利運行不能缺少泵站、多級過濾及乳化液自動配比設備。供液系統的應用，不僅可以為自動化開采做出動力支持，還可以供應恒壓的電力資源，配備可靠的優質乳化液和清潔功能，給礦井下的基本作業面提供控制基礎。對于自動化采礦系統里的排水系統，其可以對開采區的存水量和蓄水量做出精準高效的控制，此外還可以實時的檢測采區使用水的實際情況。將自動化技術應用于礦山開采區的排水系統，精確記錄排水系統的數據信息，分析有關的參數，可以及時的發現參數信息的有關問題，然后做出及時的調整。

2.3、應用于通風系統

礦山開采過程中，礦山的通風系統直接關系到作業人員的生命安全，將自動化技術應用到采礦作業的通風系統中，不僅可以有效保證所有相關作業工人的安全，而且還可以及時的處理礦山開采施工過程中的各種安全問題。將自動化技術應用于通風系統的關鍵在于，通過自動化的各類傳感器將礦山開采時的有關信息收集起來，并通過高速光纖將相關的數據傳送出去進行處理。通過綜合使用先進的自動控制及傳感技術，能夠進一步的提高礦山采區通風系統的感應度，從而避免礦山開采區的多種安全隱患。利用自動化中的遠程控制技術，可以達到遠程控制礦山開采區通風系統的目的。通過在某些特定端口布置檢測和通風設備，可以對每個通風口的風壓、氧濃度、風量和濕度進行監測，進而實時了解礦山采區的狀況。若發生事故，監測設備可以及時將有關的數據通過光纖傳遞到主站，并且自動化系統也能夠根據對應的指令與程序對通風系統做出調整。

2.4、應用于裝卸運輸系統

在礦山開采作業時，礦石的裝卸運輸是一項關鍵環節。以前礦石的裝卸環節需要依賴大量的作業工人來完成，然而因為礦山采區作業工人有限，所以裝卸效率不高。裝卸工作需要消耗大量的人力物力，極大增加了礦山采區的成本。將自動化技術應用于礦山開采區的裝卸工作，可以通過控制礦山裝卸的機械，實現礦物的自動裝卸運輸。在裝卸運輸過程中進行自動控制，可以有效提高作業效率，同時也能避免人為的失誤，可以保證裝卸運輸工作安全可靠的進行。此外，通過在礦山開采區使用自動化技術，還可以有效延長工作時長，提高工作量。典型的，通過使用PLC控制器，可以保證礦山開采區礦石裝卸工作高效、可靠的進行。在具體的操作過程中，能夠使用有關的裝置來管控運輸用設備，還能夠持續的改善和優化相關遠程運輸控制技術。此外，應用自動化控制技術可以對礦石裝卸運輸的各個流程進行監測，確保礦山開采區裝卸運輸流程的穩定。

3. 采礦自動化技術應用的限制因素

雖然采礦自動化技術應用于礦山開采作業可以提高生產效率，但是目前仍有部分礦山未采用或極少使用采礦自動化技術，采礦自動化技術在國內礦山的應用范圍仍然不夠廣泛。限制采礦自動化技術在礦山應用的因素有很多，主要限制因素有以下三點即：成本因素、技術因素和環境因素。

3.1、成本因素

由于目前國內礦業公司本身經營利潤不高，而要在礦山應用采礦自動化技術需要的前期投資較大，所以出于控制投資成本的角度考慮，很多礦業公司的礦山，尤其是中小型礦業公司的礦山仍不愿意在礦山推廣采礦自動化技術。具體的來講，在礦山推廣使用采礦自動化技術的成本主要包括兩個方面：一方面是設備、系統的建設成本;另一方面是礦山開采區作業工人的培訓成本。因為采礦自動化技術所依賴的主要設備精度要求高，而且采礦自動化技術依賴的系統本身比較龐大即包括了數據采集、信號傳輸、數據處理模塊，所以在礦山采區推廣自動化技術需要等待建設成本高。此外，對于礦山開采區的作業人員來將，采礦自動化技術是一項之前從未接觸過的全新的技術。要熟練應用采礦自動化技術，還需要花費大量的時間對作業工人進行培訓，鑒于目前國內中小礦山企業作業工人受教育程度普遍不高，所以培訓難度和成本都比較高。因此要在礦山推廣采礦自動化技術，需要降低成本因素的限制。

3.2、技術因素

技術水平的高低直接會影響到采礦自動化技術應用效率的高低，同時技術因素也是在復雜地質與環境條件下進行精細化礦石資源采掘作業的基礎。采礦自動化本身的技術難度較大，它涵蓋了大數據、云計算以及物聯網等關鍵技術。而且對于自動化采礦系統，其功能模塊為網絡拓撲結構形態，要對其做深度分析就要綜合考慮多種因素，典型的包括數據收集、數據信號處理及控制終端等因素。當前國內采礦自動化技術雖然取得了一定的成果，并在礦山采區的供液排水、通風、裝卸運輸領域進行了應用，但是由于受到技術因素的限制，現有自動化技術在實際應用的過程中也存在諸多的問題，典型的就是因為現有的用于信號采集的感應器因為對環境變化不太敏感，所以在信息捕集的準確性上仍然存在一定的問題。要將采礦自動化技術廣泛應用于礦山采區，需要繼續對當前技術進行改善和優化，當技術因素的限制被消除后，采礦自動化技術能夠獲得進一步發展。

3.3、環境因素

環境因素是影響礦山開采效率與質量的重要因素之一，同時也是一種影響礦產資源開采風險的不可控因素。現有礦山進行開采作業時，影響開采作業效率與質量的環境因素主要有礦區地質結構及空間物質組分，它們分別具有不穩定和不確定的特性，都可能增加開采作業的安全風險。

4、結論

本文系統分析了目前采礦自動化技術在國內礦山的應用現狀，總結出目前采礦自動化技術在國內礦山開采時主要用于采礦機械設備，供液、排水系統，通風系統和裝卸運輸系統四個方面。通過分析采礦自動化技術的應用現狀，本文指出了限制其推廣應用的三大限制因素，即成本因素、技術因素和環境因素，并詳細分析了三大限制因素的具體影響。本文對于采礦自動化技術的進一步發展和推廣具有一定的促進作用。

參考文獻

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[2]苑江龍. 關于礦山采礦技術安全管理問題探討[J]. 中文科技期刊數據庫（引文版）工程技術，2016（12）：00087-00087.

作者簡介：張金福（1983-），男，云南寧蒗人，工程師，本科，工作方向：自動化控制，儀器儀表，項目管理等。