礦山綜采自動化成套技術與裝備創新和發展

孔凡軍

早期礦山開采中主要依賴于人工，工作效率較低，同時礦山開采屬于高危行業，容易在礦山開采中出現各類問題，威脅到礦工的生命安全。伴隨著采礦技術的成熟、經驗積累、現代各類先進技術的發展以及設備的更新，礦山綜采自動化技術與對應設備逐漸在礦山綜采中得到應用。礦山綜采自動化的實現與較多因素有關，如正常通信、設備防護、克服各類復雜的地質環境等，因而礦山綜采自動化成套技術與裝備需要不斷創新與發展，通過相關技術的優化與設備的改造，綜合提高礦山綜采自動化成套技術與裝備的應用能力。本文結合筆者工作經歷以及相關資料報道，對礦山綜采自動化成套技術與裝備創新發展有關問題展開分析，詳細分析如下。

1 礦山開采技術發展以及礦山綜采自動化技術分析

1.1 常用礦山開采技術分析

隨著礦山開采技術的發展與應用經驗積累，較多技術在采礦過程中得到應用，常用的一些采礦新技術如：全自動刨礦機采礦技術、礦山綠色開采技術、超厚礦層采礦技術、充填開采技術等，不同采礦技術在應用中各有優勢。礦山開采中針對部分對環境影響較大的區域，需要采取礦山綠色開采技術，對于廢氣巷道中的廢石開采則可選擇地下脈石充填技術，針對地下固體礦物可采取地下采礦技術。不同礦山開采與處理技術有著不同的應用特點，但是較多技術在應用中成本投入大，開采效率低，安全隱患多，嚴重影響礦山企業的長久利益。如礦山綠色開采技術過程中，目前已經有相應的技術在礦山綜采中得到應用，如保水開采技術、充填開采技術、環境恢復與綜合治理技術、廢石不出井技術、廢石資源化技術等。上述相關技術在不同礦山綜采中都有應用，一定程度上踐行了“綠色采礦技術”。

1.2 礦山綜采自動化技術分析

礦山綜采技術是伴隨著自動化控制技術、傳感器技術、計算機信息化技術等發展而興起的現代化礦山施工與運行管理技術。礦山綜采過程中涉及較多內容，包含較多流程與環節，因而單純通過一種技術不能達到礦山綜采目的，需要多種技術互相配合，形成礦山綜采自動化技術，智能對整個礦山相關作業進行控制。礦山綜采自動化技術的使用提高了整個礦山開采不同階段的自動化程度，減少礦山工人等的參與，不僅能明顯提高整個礦山作業效率，同時減少人員參與可能引起的安全事故，符合現代礦山企業管理與發展需求，兼顧礦山生產工作效率與人員安全。

礦山綜采自動化技術在發展過程中能夠通過成套技術的使用與匹配裝備的研發，從多方面發揮作用并提高礦山綜采效果。礦山綜采過程中可充分利用現有的機電一體化技術與設備自動化進行礦山相關作業，提高開采的自動化程度；實現整個礦山相關作業的智能控制，充分利用人工智能設備、智能耦合控制系統等，合理設置參數后能夠自動化完成后續相關操作，提高礦山綜采的智能化；礦山綜采成套技術與設備具有一定的學習能力，通過較多智能化控制組件的共同作用，提高礦山綜采的智能化控制，最大程度減少人員的介入。

2 礦山綜采自動化成套技術與裝備進展

目前在礦山綜采自動化成套技術與設備研究方面，主要是薄礦層自動化開采技術。礦山綜采自動化成套技術與裝備的研究與使用可提高礦山綜采的安全性，同時提高作業效率，實現礦山綜采的自動化、智能化發展。礦山開采中薄礦層較普遍，但是傳統礦層開采期間的開采效率等均一般，限制了該區域內的礦山開采。通過礦山綜采自動化成套技術與裝備的使用，能夠結合前期對礦山的相關研究，靈活將礦區劃分為不同區域，分區域開展作業。與傳統薄礦層開采相比，礦層的開采效率明顯提高，開采自動化程度更高。礦山開采過程中，充分利用現代視頻監控技術，能夠隨時做好礦山綜采不同階段的遠程監控，隨時了解現場進展。考慮到礦山作業現場環境復雜，空氣中灰塵較大，容易影響攝像頭的監視效果，可將渦流負壓風幕安裝在視頻監控屏幕前，減少灰塵影響，保證現場的監控效果。礦山綜采自動化成套技術在應用中，可結合實際情況采取不同的開采模式，比如薄礦層自動化開采過程中，在整個開采期間，盡可能保證遠程監控系統、控制中心、工作面無人操作等技術應用，結合具體礦山開采情況，在三角礦區劃分為不同階段，并做好有效控制。礦山開采中可使用雙向工藝方法，提高薄礦層的綜采效果。通過在低照明條件下進行現場監測裝置的研發與應用，利用傳感器技術將綜采工作面的有關情況及時發送到控制室，便于全程跟進與監督綜采面的實際工作情況，有利于及時發現工作中存在的問題，并結合具體問題及時做好應對處置。

薄礦層自動化開采技術在應用過程中需要有配套的設備，目前已經使用的如矮機身大功率薄礦層采礦機。為了保證矮機身薄礦層采礦機具有較高的工作效率，研發中盡可能保證電牽引采礦機為雙結構電動機，便于應對不同礦層的作業環境，提高整個薄礦層開采的適用范圍，進一步加快作業效率。設備在布置電動機方面，加強對傳動連接結構的多角度設計，兼顧科學性與合理性，使用期間視情況持續優化功能。通過對整個結構的功能優化提高礦層處理效率與效果。采礦工作期間，采礦效率的影響因素較多，其中機面高度是一個典型影響因素，需要通過一定措施降低機高，如選擇多電動機故障分布方式，該方式可降低機高問題，消除工作過程中切割電動機、牽引電動機、傳動系統影響礦層空間，通過優化處理，降低整個采礦機高度，減小機身長度，增加采礦空間，更好的指導采礦工作。

薄礦層液壓支架也是礦山綜采自動化成套技術中的一個重要設備。常規礦山開采作業中，考慮到液壓工作阻力問題，會限制支架高度，影響工作效率。通過采取超大伸縮比薄礦層液壓支架則能夠消除原有作業中對支架的高度限制，促進礦山支架穩定性的提升。按照要求，礦山開采中支架最低高度需要達到0.5m，而薄礦層液壓支架無法滿足上述要求，通過超大伸縮比薄礦層液壓支架的使用，其高度明顯增加，滿足礦山開采要求。高度增加的同時需要考慮整個結構的安全性、穩定性，設備更新中，可改造支架結構的立柱，也可選擇板式整體頂梁裝置，促進其結構高度、系統穩定性等滿足要求。礦山綜采自動化成套技術與裝備在使用期間可根據發現的問題逐步完善與改進，推動礦山綜采自動化成套技術與設備的不斷發展與更新。

3 礦山綜采自動化成套技術需要解決的問題

礦山綜采自動化成套技術盡管在不斷的發展，但同時也存在一些新的問題，需要通過對相關問題的分析采取多方面的措施。

3.1 礦山綜采自動化成套技術與裝備創新不足

礦山綜采自動化成套技術與裝備創新需要耗費大量的時間、精力，同時需要有人力物力等投入，造成較多礦山僅注重眼前的經濟利益，忽視對礦山綜采自動化技術與設備的研發。較多礦山在綜采過程中沿用傳統技術手段與方法，未重視礦山綜采自動化成套技術與裝備的創新，影響到礦山綜采自動化成套技術與裝備在礦山中的應用。

3.2 設備維護的信息化水平較低

礦山開采過程中面臨著復雜的環境條件，復雜的環境增加了設備在使用中的故障發生可能，因而礦山綜采自動化成套技術與裝備在使用期間需要重視日常維護與保養，減少相關故障發生率。盡管我國目前礦山綜采自動化成套技術與裝備得到了發展，但是整體自動化程度一般，不能自動化識別設備在工作中可能出現的故障類型，影響到不同設備在礦井下的維修。礦山綜采自動化成套技術與裝備在使用中，一旦出現故障，需要從多角度檢查并判斷可能的原因，整個設備維修過程中耗時較多，影響到現場礦山開采工作效率。礦山綜采自動化成套技術與裝備維護自動化水平不足，也會使得日常維護、保養、維修等階段需要投入大量的人力、物力，影響到礦山企業的發展。

3.3 礦山綜采自動化成套技術與裝備管理人才不足

礦山綜采自動化成套技術與裝備較傳統礦山開采方法，其對技術管理、設備管理要求更加嚴格，而礦山開采過程中的自動化技術與設備需要有更加專業的人員做好日常管理工作。實際上較多礦山企業現有的礦山綜采自動化成套技術與裝備管理人員技術水平一般，管理模式滯后，通常會在出現故障后才去進行原因分析與處理，忽視對設備的日常管理，加之較多自動化成套技術對應設備復雜，部分管理人員不具備相應的技術水平，產生設備故障后不能及時得到處理，影響到整個礦山企業的日常生產安全與生產效率。

3.4 礦山綜采階段的環境保護問題

礦山綜采過程中會對現有的生態環境、地質環境等產生影響，尤其是在我國生態環境破壞嚴重的情況下，應重視礦山綜采中對環境可能造成的影響。如礦山開采可能會誘發地質災害，污染礦山周邊的環境，礦山開采中較多的廢棄物堆積會占用土地資源，雨水沖刷過程中會將部分物質滲透到土壤、地下水、河流等區域，污染土壤及水質，因此，礦山企業在采取綜采自動化成套技術與設備期間，也需要關注環境保護問題。

4 礦山綜采自動化成套技術與裝備創新與發展措施

4.1 持續創新與改進薄礦層開采設備

薄礦層自動化開采技術與設備在礦山綜采中得到應用，具體應用中，由于不同地區在地質環境、地理位置等方面不同，其影響到整個礦山薄礦層開采安全性與作業效率。對此，需要持續創新與改進薄礦層開采設備，對采礦機程序控制自動割礦技術、支架與采礦機聯動技術、自動化信息通訊技術、設備狀態監測技術、采礦機割礦遠程控制技術等關鍵性技術加以研究與分析，模擬分析設備的工作狀態以及實際應用中遇到的問題，從而從技術角度、設備改造等方面加以調節，通過對開采技術和設備的創新和改進，持續優化礦山綜采設備。比如薄礦層自動化開采技術在應用中，割礦時震動較大，容易損壞電氣元件，需要探索降低割礦時震動的方法；探索5G 技術在智慧礦山自動化系統中的應用；采用新型技術方法，提高薄礦層自動化開采技術設備中不同傳感器的精度與可靠性，這些都有利于促進薄礦層自動化開采技術的發展以及設備創新。

4.2 提升設備維護的信息化水平

積極探索在礦山綜采自動化成套技術與裝備中可使用的信息技術，如增加攝像系統清晰度，便于設備在礦井下作業中更好的顯示各類信息。優化程序設計，增加設備在啟動階段的自檢，程序中增加設備運行數據監測結果的反饋等，注重礦山機械電氣設備自動化調試技術的應用，做好監測系統、差動保護、監控管理系統等全面調試與分析，保證礦山機械電氣設備的平穩運行，提高設備整體運行與維護效果。了解國外技術發展，重視新技術在設備維護自動化中的應用，如礦山電氣設備安全運行監控中DCS 系統應用較多，提高整個系統中瓦斯遙感測定、紅外線遙控噴霧裝備、斷電設備、風電閉鎖等監控設施的靈敏度，保證監控設備的及時響應，全面監督礦山日常生產安全，間接保證機械這邊在作業過程中的運行安全。

4.3 培養高素質專業人才，保證設備日常維護與管理

礦山綜采自動化技術與設備在研究中根據技術發展，積極做好高素質、專業性人才的培養，定期對礦山企業相關技術人員、管理人員進行學習。組織技術骨干前往其他礦山企業學習，定期舉辦技術與管理研討會等，提升礦山企業整體技術人員的管理能力與技術水平，通過人員的參與提升整個礦山綜采自動化技術與設備的日常維護與管理，便于在設備發生故障后快速解決問題，減少對正常作業的影響。

4.4 關注礦山綜采自動化技術與設備應用中的環保問題

較多技術在智慧礦山自動化系統中已經得到應用，礦山綜采自動化技術與設備在應用以及創新發展中，都需要關注節能降耗要求，體現出技術研發與設備創新的節能環保要求。礦山綜采作業過程中需要關注環保問題，綜合評估不同技術在礦山開采中對周邊環境的影響，依據環評報告，盡可能選擇對環境影響較小的礦山綜采技術與設備，兼顧企業生產效率與環境保護。不同企業應積極構建科學的綠色礦山綜采與建設體系，將更多綠色技術應用到礦區建設與環境保護中，確保相關設備在選擇中既要考慮綜合開采效率，同時也需要注重生態系統的重建和環境保護，始終牢記生態環境是礦山綜采的底線。

5 礦山綜采自動化成套技術與裝備發展趨勢研究

當前，我國礦山綜采自動化成套技術與裝備取得了創新與發展，但是在實際應用中還存在較多需要解決的問題，未來還需要朝著更多方面發展。從我國實際情況方面分析，我國地域遼闊，不同地區在礦山資源分布、礦藏類型方面有著明顯不同，這種情況下礦山綜采自動化成套技術與裝備發展應充分考慮大多數礦產建設需要，解決不平衡的開采技術問題，重點加大對不同地區一些重難點礦山項目與內容的開采。如薄礦層開采難度大，需要積極加大機械化與自動化研究，保證礦山綜采自動化成套技術與裝備可同時應對厚礦層與薄礦層開采，促進礦山開采中資源的開采效率，依靠自動化、機械化水平的提高，優化傳統礦山開采工藝流程、技術方法，保證落后技術的及時淘汰，推動礦山建設的新發展。

綜合考慮現有礦山綜采自動化成套技術與裝備技術發展情況，將全國各地不同區域礦山劃分了不同類型，保證相同類型的礦山具有相同或類似的特點，通過技術改造、設備優化等，使得同一礦山綜采自動化成套技術與裝備能夠與更多礦山建設條件相適應，便于加大對某一方面的技術研發、設備改進等，提升設備的適用范圍，避免技術研發、設備改進過程中需要同時進行多點技術研發問題，也能夠避免多角度研發造成的資金分散，相對而言，通過專項技術研發可同時滿足較多區域的礦山開采工作，其實際研究價值更高。通過在礦山綜采自動化成套技術與裝備發展中融入現代最新技術，增加人工智能技術的應用，利用現代物聯網技術、云服務技術等技術提高礦山開采數字化發展，提升綜采效率，推動智能化發展。礦山綜采自動化成套技術與裝備發展方面，還需要不斷總結當前礦山綜采技術與設備在應用中的優勢與不足，總結落后礦山綜采技術缺陷，通過不同先進技術的綜合使用，達到優勢互補目的，全方位推動智能化礦山綜采技術與設備的發展。

6 結語

隨著采礦技術與設備的不斷發展，礦山綜采自動化成套技術與裝備在較多礦山企業管理與作業中得到應用，較傳統礦山開采技術具有多方面的優勢，但同時也需要重視礦山綜采自動化成套技術與裝備的創新和發展，結合需要解決的相關問題，從多方面入手，持續推動礦山綜采自動化成套技術與裝備的創新和發展。