淺析機(jī)械自動化技術(shù)在礦山設(shè)備中的應(yīng)用與研究

姜北晨，郝志勇

礦山資源在我國非常豐富，所以從很早以前我國居民就開始開采礦山，但是礦山資源一般都是在深山老林比較多，深山里的自然環(huán)境比較惡劣，很容易受到天氣和自然災(zāi)害的影響，因此在高科技發(fā)展的背景下，機(jī)械自動化技術(shù)開始得到廣泛應(yīng)用。機(jī)械自動化技術(shù)開采礦山資源能夠有效減少危險和隱患的發(fā)生，同時也將大量投身于礦山開采中的勞動者從繁重的礦山開采中解放出來。和人工開采相比，自動化技術(shù)開采礦山能夠有效提升礦山開采的效率，對勞動工人的人身安全也有一定的保障，由此可見機(jī)械自動化技術(shù)在礦山開采設(shè)備中的應(yīng)用是時代發(fā)展的必然結(jié)果。

1 機(jī)械自動化概述

自動化指的是裝置或者機(jī)器在沒有人操作干預(yù)的情況下，按照事先設(shè)定好的程序進(jìn)行自動操作、自動控制的過程。機(jī)械自動化是指：裝置或者機(jī)器的自動化控制是通過機(jī)械的方式來實現(xiàn)的。從歷史起源角度上講，機(jī)械自動化的具體時間已不可考。我國關(guān)于機(jī)械自動化的最早記載出自《墨子》中對于魯班（公輸班）制作的木鳥的描述——“公輸子削竹木以為鵲，成而飛之，三日不下。”此物能達(dá)到“三日不下”的飛行時間，在其中應(yīng)設(shè)置有自動化裝置。遺憾的是并未留下圖紙。機(jī)械自動化的真正發(fā)展是在西方近代的工業(yè)革命運動時期。在瓦特先生改良的蒸汽機(jī)中就應(yīng)用了節(jié)流閥以及離心式調(diào)速器等機(jī)械自動化裝置。機(jī)械自動化的實現(xiàn)帶動了工業(yè)的蓬勃發(fā)展。在自動控制技術(shù)的不斷進(jìn)步與革新過程中，企業(yè)節(jié)約了勞動力成本，生產(chǎn)效率得到極大的提升，推動了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展進(jìn)步。現(xiàn)如今，機(jī)械自動化技術(shù)在工業(yè)制造、倉儲物流以及采礦工程等多個行業(yè)當(dāng)中得到了廣泛的實踐應(yīng)用。

2 機(jī)械自動化技術(shù)在礦山設(shè)備應(yīng)用中出現(xiàn)的問題

2.1 機(jī)械自動化技術(shù)發(fā)展不成熟

我國科學(xué)技術(shù)正處于不斷發(fā)展中，礦山開采中機(jī)械自動化技術(shù)也是近年來才開始應(yīng)用，由于缺乏經(jīng)驗，機(jī)械自動化技術(shù)的發(fā)展還不成熟，在礦山開采中通常會遇到很多問題。比如在開采礦山時可能由于角度不對，或者是對器械的不熟悉而造成一些時間和精力的浪費。其次，我國機(jī)械自動化技術(shù)在礦山開采中缺乏完整的系統(tǒng)指導(dǎo)，并未形成一套有用的機(jī)械自動化開采礦山技術(shù)，因此機(jī)械自動化技術(shù)還存在一定的缺陷。

2.2 礦山開采中機(jī)械的設(shè)備水平較低

我國開采業(yè)對于礦山開采雖然有一定重視，但是由于經(jīng)濟(jì)壓力，對于礦山開采中機(jī)械自動化設(shè)備的投入并不大，這也就直接造成礦山開采中機(jī)械自動化的設(shè)備水平較低，從大部分的機(jī)械自動化設(shè)備來說還存在參差不齊的狀況。比如許多機(jī)械設(shè)備都是解放時期就在使用，礦山開采部門為了節(jié)約成本，只是簡單地把這些設(shè)備進(jìn)行改造，又投入到礦山開采中，這些落后的機(jī)械設(shè)備根本滿足不了當(dāng)代的生產(chǎn)力需求，也無法進(jìn)行有效的礦山開采。

2.3 不重視對機(jī)械自動化設(shè)備管理

礦山開采最重要的就是礦山開采設(shè)備，良好的開采設(shè)備能夠取得事半功倍的效果，但是現(xiàn)有的礦山開采單位中人們卻不重視對機(jī)械自動化設(shè)備的管理。機(jī)械自動化開采礦山相對于人工開采礦山來說所需要的工作人員更少，人們更重視對機(jī)械自動化技術(shù)的研究，卻忽略了對機(jī)械自動化設(shè)備的管理。也是由于這個原因，當(dāng)機(jī)械自動化設(shè)備出現(xiàn)故障時相關(guān)工作人員不能第一時間發(fā)現(xiàn)問題，導(dǎo)致機(jī)械化自動化設(shè)備開采的效率不高。并且一些專業(yè)素質(zhì)不高的機(jī)械操作人員還會用錯誤的方法來使用機(jī)械自動化設(shè)備，這些都是由于相關(guān)部門不重視對機(jī)械自動化設(shè)備管理而造成，在一定程度上影響機(jī)械自動化技術(shù)在礦山開采中的應(yīng)用。

2.4 缺少檢修人才，檢修不到位

與歐美國家相比，我國機(jī)械自動化技術(shù)程度還不夠高，并且從國外購進(jìn)的礦山開采機(jī)械自動化設(shè)備比較多，由于國內(nèi)缺乏專業(yè)的機(jī)械自動化設(shè)備檢修人才，一旦機(jī)械出現(xiàn)問題時，檢修就成為一大難題。在礦業(yè)開采中對機(jī)械自動化技術(shù)設(shè)備的維修人員需求量非常大，所以很多開采部門降低了檢修人才的門檻，這也導(dǎo)致一些技術(shù)不過硬的檢修人員混進(jìn)了機(jī)械開采的隊伍，直接導(dǎo)致機(jī)械自動化設(shè)備在礦山開采中檢修不到位。檢修人才的專業(yè)素質(zhì)較低，但是礦山開采中機(jī)械自動化設(shè)備的檢修要求卻較高，兩者之間形成了一定矛盾，影響礦山開采的質(zhì)量，也影響機(jī)械自動化設(shè)備的檢修和保養(yǎng)。

3 機(jī)械自動化設(shè)備在礦山開采中的應(yīng)用策略

3.1 抓緊研究機(jī)械自動化技術(shù)

機(jī)械自動化技術(shù)是無人操作的一種技術(shù)，只需要少部分的工作人員加以監(jiān)管，正因為機(jī)械自動化技術(shù)非常有用，因此科技含量也非常高，研究有一定難度。為了研究機(jī)械自動化技術(shù)需要做到以下幾步：第一，專家要將機(jī)械自動化技術(shù)的相關(guān)技能和知識形成一套完整的體系，將機(jī)械自動化在工作過程中操作的關(guān)鍵步驟和經(jīng)常出現(xiàn)故障的部分重點標(biāo)出。第二，突破機(jī)械自動化技術(shù)的核心難題，即編程技術(shù)，機(jī)械自動化技術(shù)的編程是影響設(shè)備工作效率的關(guān)鍵部分，在礦山開采過程中可以利用編程技術(shù)對每一座礦山的自然情況和地形地勢進(jìn)行具體分析，在大數(shù)據(jù)研究后的情況下再制定完整的策略進(jìn)行開采，這樣能夠有效節(jié)約時間，同時也能提高機(jī)械自動化技術(shù)開采礦山的效率。

3.2 適當(dāng)配備高水平的機(jī)械自動化設(shè)備

礦山開采需要良好的機(jī)械自動化設(shè)備，由于國內(nèi)的機(jī)械自動化設(shè)備研究還不成熟，相關(guān)礦山開采部門可以在海外進(jìn)購一批高水平的機(jī)械自動化設(shè)備，適當(dāng)?shù)卦跈C(jī)械自動化設(shè)備上投入資金能夠在礦山開采中獲得更大的效益。

3.3 加強(qiáng)對機(jī)械自動化設(shè)備的管理

自動化設(shè)備在礦產(chǎn)開采工作中發(fā)揮作用越來越大，因此，為了促進(jìn)礦產(chǎn)企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，管理者必須更新和完善管理思路，形成科學(xué)合理的機(jī)械設(shè)備管理模式。機(jī)械自動化設(shè)備一定要做好調(diào)配工作，只有對設(shè)備的管理井然有序，才能在礦山開采時心中有數(shù)。首先，管理人員應(yīng)當(dāng)改善礦山設(shè)備的管理理念，借鑒優(yōu)秀的設(shè)備管理經(jīng)驗，并且重視在自動化機(jī)械設(shè)備維護(hù)與技術(shù)開發(fā)方面的投入力度。其次，在每一次礦山開采工作前都要對將要施工的機(jī)械自動化設(shè)備進(jìn)行仔細(xì)記錄，在工程開采中哪一步需要用到哪一臺機(jī)械設(shè)備都要一一登記，同時結(jié)合實際情況針對不同的工作特點，安排適宜的機(jī)械自動化設(shè)備。任何工作人員在需要使用機(jī)械自動化設(shè)備時都要有一定的證據(jù)來證明能夠使用該設(shè)備，以避免一些工作人員隨意使用。最后，在礦山開采工作完成之后，對所有的機(jī)械自動化設(shè)備進(jìn)行檢查和保養(yǎng)。

3.4 培養(yǎng)專門的檢修人才，促進(jìn)檢修到位

人才在當(dāng)今社會的發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用，不管是經(jīng)濟(jì)還是政治都需要強(qiáng)有力的人才做支撐，因此礦山開采要靈活運用機(jī)械自動化技術(shù)必然要有大量的人才做基礎(chǔ)。目前礦山開采工藝中很多機(jī)器都是源自于國外，急需大量的專業(yè)檢修人才對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢修和保養(yǎng)，礦山開采的相關(guān)部門應(yīng)該提升門檻，招收專業(yè)素質(zhì)能力較強(qiáng)的工作人員，并對招收的工作人員定時進(jìn)行職業(yè)技能培訓(xùn)，聘請在礦山開采中有名望的專家和教授傳授知識技能，給工作人員一個學(xué)習(xí)的機(jī)會，同時督促他們提升自己的技能。另外，為了促進(jìn)檢修到位，相關(guān)部門可以設(shè)置一個監(jiān)察崗位，在檢修人員檢修機(jī)械時在旁監(jiān)督和觀察，一邊查看機(jī)械設(shè)備是否檢修到位，一邊也可以督促檢修人員認(rèn)真工作。

4 機(jī)械自動化在礦山開采中應(yīng)用的意義

4.1 為礦山開采提高了效率

機(jī)械自動化開采礦山與人工開采礦山相對而論，人工控制機(jī)器開采礦山需要大量的工作人員，并且開采過程較為復(fù)雜，難度也較大。而用機(jī)械自動化代替人工控制機(jī)器能夠很好地減少工作流程，將大量工作人員從礦山開采的勞動中解放出來，另外機(jī)械自動化開采礦山的精確性更高，不會出現(xiàn)人為疏忽造成的損失。礦山開采工作是一項在惡劣環(huán)境中進(jìn)行的工作，用機(jī)械自動化代替人工能夠很好地降低工作人員遭遇危險的可能性，有效保護(hù)工作人員的安全。相對于人工控制機(jī)器而言，自動化的機(jī)械開采礦山不會因時間長短或者是環(huán)境的好壞而停止工作，機(jī)械自動化可以在遠(yuǎn)程操控下不分晝夜進(jìn)行施工，很好地延長了工作時間，極大地提高了開采礦山的效率。

4.2 節(jié)約能源，減少開支

機(jī)械自動化開采礦山技術(shù)其實是一種節(jié)約能源，減少開支的方式。首先機(jī)械自動化技術(shù)不會出現(xiàn)操作失誤等問題，于是由于操作失誤而浪費的原料就不會出現(xiàn)。其次，機(jī)械自動化技術(shù)在礦山開采中會注意開采成品的完整度，這樣減少了有損害的礦山資源的開采，使開采礦山的次品輸出較少。最后，機(jī)械自動化技術(shù)是通過專家的多年研究而總結(jié)出的，有關(guān)于其機(jī)械的相關(guān)結(jié)構(gòu)和工作程序都是非常專業(yè)，開采礦山的相關(guān)環(huán)節(jié)也十分合理，并且對于部分原料還可以進(jìn)行回收利用和循環(huán)利用，大大地提高了能源的利用率，節(jié)省資源的開支。

5 機(jī)械自動化在礦山開采中的相關(guān)應(yīng)用

5.1 監(jiān)察開采過程

機(jī)械自動化在礦山開采中已經(jīng)貫穿了礦山開采的整個過程，從開始開采前工作人員就會用機(jī)械自動化來監(jiān)察礦山周圍的自然環(huán)境，分析礦山的天氣變化。在礦山開采工作正式進(jìn)行后，為了保證礦山開采順利完成，工作人員會利用機(jī)械自動化技術(shù)在礦山中設(shè)置監(jiān)控裝置，監(jiān)控裝置會根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀磺闆r來向總部反映，反映的內(nèi)容包括粉塵度、天氣濕度成本的變化。該監(jiān)控裝置不需要人工實時進(jìn)行管理，利用機(jī)械自動化技術(shù)將裝置安裝在礦山內(nèi)部，就能實時地為礦山開采總部傳送切實有效的信息，該監(jiān)控裝置以可以觀察礦山開采的進(jìn)程。

5.2 提升設(shè)備

機(jī)械自動化技術(shù)在礦山開采中提升設(shè)備效率最大的方面就是在從深山或者是地下將礦石資源運出的方面，眾所周知，開采礦山是一項身體力行的工作，不僅要面對變化多端的天氣和可以預(yù)料的自然災(zāi)害，還有野獸猛虎、蚊蟲叮咬等困難。機(jī)械自動化就將運輸?shù)V石資源的方式改變，用自動化的機(jī)械設(shè)備在礦山中將開采的礦石資源運出，不僅保護(hù)運輸工作人員的生命安全，節(jié)省了礦石運輸?shù)臅r間，大大提高了礦石開采荒廢在礦石運輸上面的投入，提升了機(jī)械自動化設(shè)備的效率，間接推動機(jī)械自動化礦山開采的進(jìn)程。

5.3 自動化急停控制系統(tǒng)的應(yīng)用

采礦行業(yè)是一個比較危險的行業(yè)，容易發(fā)生安全事故。雖然企業(yè)可以通過提前制定應(yīng)對措施、設(shè)置操作規(guī)范等方式來處理這些問題，盡量避免采礦安全事故所造成的惡劣影響，但是如果安全事件發(fā)生初期企業(yè)沒有進(jìn)行及時處理的話，也容易造成影響的擴(kuò)大化。企業(yè)有必要利用自動化設(shè)備實現(xiàn)初期的安全保障。基于此，自動化急停控制系統(tǒng)的應(yīng)用能夠滿足采礦企業(yè)在安全開采方面的需要。在采礦作業(yè)過程當(dāng)中，假如設(shè)備運轉(zhuǎn)情況能夠保持基本穩(wěn)定，系統(tǒng)可以視其為“運行正常狀態(tài)”。一旦某一設(shè)備發(fā)生故障問題，會對整個系統(tǒng)造成破壞。實行自動化急停控制系統(tǒng)，能夠快速精準(zhǔn)地作出制停處理響應(yīng)，確保對問題的及時處置。

5.4 礦井提升機(jī)中的機(jī)械自動化技術(shù)應(yīng)用

目前來說，礦井提升機(jī)是采礦作業(yè)當(dāng)中自動化程度較高的機(jī)械設(shè)備。礦井提升機(jī)的作用主要是對工作人員升降、下發(fā)設(shè)備、礦物資源進(jìn)行提升。礦井提升機(jī)大大保障了采礦工作的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性與安全性。提升機(jī)運行是依靠電控系統(tǒng)操作對其進(jìn)行控制的，自動化技術(shù)在提升機(jī)設(shè)備運行過程當(dāng)中應(yīng)用充分。當(dāng)前，在我國多數(shù)礦產(chǎn)企業(yè)中實現(xiàn)了數(shù)字化的提升機(jī)設(shè)備技術(shù)。利用性能較強(qiáng)的PLC可編程控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了整體性、全面化的保護(hù)功能。與此同時，與DCS系統(tǒng)實現(xiàn)了完美的技術(shù)聯(lián)合，對地面情況的監(jiān)控更加完善和全面，從而盡可能地減少了設(shè)備故障問題的發(fā)生。機(jī)械自動化技術(shù)在采礦提升機(jī)設(shè)備當(dāng)中的應(yīng)用，能夠有效作用于電控系統(tǒng)以及監(jiān)測方面，以此實現(xiàn)對礦井提升機(jī)設(shè)備工作效率與工作穩(wěn)定性的提升。

6 機(jī)械自動化在礦山開采設(shè)備中應(yīng)用的效果

機(jī)械自動化在礦山開采中得到大量應(yīng)用，這是時代的要求。在高科技時代，傳統(tǒng)的人工勞動在很大方面已經(jīng)遭到淘汰，為了促進(jìn)國家各方面更加快速的發(fā)展，機(jī)械自動化技術(shù)是未來發(fā)展的必然趨勢。而經(jīng)過一段時間地發(fā)展，機(jī)械自動化在礦山開采設(shè)備中的應(yīng)用也取得了可人的效果。礦山開采中使用機(jī)械自動化技術(shù)的數(shù)量越來越多，在2015年機(jī)械自動化在礦山開采中的占比為40%，但是到了2019年占比卻已經(jīng)高達(dá)95%左右。并且機(jī)械自動化技術(shù)在礦山開采領(lǐng)域已經(jīng)得到大量工作人員和專家的認(rèn)可與追捧，礦山開采隊伍總是愿意投入大量的資金與人才促進(jìn)該技術(shù)在礦山開采中的應(yīng)用。在礦山開采中現(xiàn)有的機(jī)械自動化技術(shù)中，照明技術(shù)已經(jīng)成為一種無法代替的機(jī)械自動化技術(shù)。在礦山開采中，夜晚施工也是一種常見的現(xiàn)象，如果沒有照明技術(shù)，夜晚施工就無法進(jìn)行下去，但是自從自動化照明技術(shù)發(fā)明和應(yīng)用以來，夜晚施工成了家常便飯。除此之外，當(dāng)?shù)V山開采在地下礦井中時，自動照明更是成了不可或缺的，地下礦井環(huán)境惡劣并且光線不足，工人行動起來非常麻煩。自動照明技術(shù)可以感應(yīng)工作人員的腳步和呼吸等等，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有人施工時就能夠自動照明，為工作人員提供方便。總之機(jī)械自動化技術(shù)在礦山開采設(shè)備中的應(yīng)用形式呈現(xiàn)一片大好，具有非常大的發(fā)展前景，在未來的礦山開采中一定能夠發(fā)揮舉足輕重的作用。

7 采礦設(shè)備機(jī)械自動化前景預(yù)測

近年來，機(jī)械自動化設(shè)備技術(shù)發(fā)展態(tài)勢正好，并且在未來仍有極大的發(fā)展空間。對于機(jī)械化的發(fā)展前景，筆者有如下看法。

7.1 交流更廣泛

機(jī)械自動化技術(shù)在礦山開采機(jī)械設(shè)備設(shè)計與制造當(dāng)中的開發(fā)和應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)同其他專業(yè)有機(jī)聯(lián)系起來，在不斷交流與融合過程當(dāng)中提高技術(shù)手段，從而滿足市場發(fā)展的需求。這里的交流與融合并非簡單意義上的技術(shù)交流，也包含商務(wù)合作往來。基于此，國家有關(guān)部門與采礦行業(yè)，機(jī)械制造行業(yè)等相關(guān)的企業(yè)之間的交流也會不斷展開。采礦行業(yè)的設(shè)備開發(fā)與制造的自動化發(fā)展將同其他行業(yè)領(lǐng)域越發(fā)緊密地聯(lián)系起來，并且影響力會逐漸擴(kuò)大。

7.2 地下采礦自動化機(jī)械設(shè)備的發(fā)展

地下采礦難度大，并且井下采礦作業(yè)環(huán)境危險而復(fù)雜，需要考慮到空氣成分、濕度、定點位置、距離識別、礦炭爆堆的塊度以及分布等諸多重要因素。基于此，為了提高地下自動采礦作業(yè)效率以及保證人員安全，需要加大對檢測監(jiān)控技術(shù)、智能化操作處理軟件，傳感技術(shù)，有源光導(dǎo)系統(tǒng)，無源光導(dǎo)系統(tǒng)等方面的開發(fā)力度。有需求就會刺激技術(shù)發(fā)展。地下采礦設(shè)備自動化技術(shù)的更新能夠提高地下探測敏度與精準(zhǔn)程度，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性功能，能夠使地下環(huán)境探測與開采工作順利進(jìn)行，也是未來采礦行業(yè)自動化設(shè)備技術(shù)發(fā)展的重要趨勢之一。

7.3 智能化的開采設(shè)備

采礦企業(yè)對于礦產(chǎn)設(shè)備的要求，不僅僅是在效率上面的提升，還有開采質(zhì)量的要求。基于此，在未來為了實現(xiàn)高質(zhì)量的礦產(chǎn)開采工作，智能化礦山設(shè)備體系的構(gòu)建勢在必行。智能采礦設(shè)備將融合設(shè)備自我診斷功能、智能救援功能、執(zhí)行集成功能、環(huán)境自適應(yīng)功能于一體，從而增強(qiáng)設(shè)備使用壽命，降低設(shè)備運行能耗，提高采礦效率以及礦產(chǎn)開采的質(zhì)量。

8 結(jié)語

礦山開采業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分之一，長久以來對我國的經(jīng)濟(jì)作出巨大貢獻(xiàn)，國家和社會都非常重視礦山開采工業(yè)。機(jī)械自動化技術(shù)作為新時代興起的新興技術(shù)，必然會被國家和社會投入到礦山開采業(yè)中進(jìn)行使用，一方面是為了促進(jìn)礦山開采業(yè)的發(fā)展，另一方面也是為我國國民經(jīng)濟(jì)的增強(qiáng)奠定堅實基礎(chǔ)。目前機(jī)械自動化技術(shù)在礦山開采業(yè)中取得了很好的發(fā)展成果，也促進(jìn)礦山開采業(yè)的持續(xù)發(fā)展，但是依然存在著一些問題，礦山開采的相關(guān)工作人員應(yīng)該認(rèn)真分析并解決這些問題，聘請職業(yè)專家研究機(jī)械自動化技術(shù)形成一套完整的機(jī)械自動化系統(tǒng)，適當(dāng)?shù)耐度胭Y金為礦山開采工程對購進(jìn)一批高設(shè)備的開采機(jī)械，設(shè)立專門的監(jiān)察部門更加有效的管理機(jī)械自動化設(shè)備，培養(yǎng)專門的檢修人才，做好機(jī)械自動化設(shè)備的后期修復(fù)和保養(yǎng)。