自動化控制技術(shù)在礦山機電中的應用與探究

王輝，萬力瑋，朱應坤

（臨沂會寶嶺鐵礦有限公司，山東 臨沂 277712）

礦山生產(chǎn)工作的工作環(huán)境基本是選在山林等自然環(huán)境中進行，因此，其活動過程復雜，對開采工人的經(jīng)驗和技術(shù)要求都較高，但考慮到自然環(huán)境對開采工人工作和生命安全的潛在威脅，礦山開采工作要有機械設(shè)備與相關(guān)技術(shù)加以輔助，保證采礦作業(yè)各階段都能做到安全、高效、產(chǎn)量質(zhì)量均優(yōu)。因而，將礦山開采設(shè)備的自動化進行全方位提升，是改善礦山作業(yè)流程、質(zhì)量與安全的首要任務。因此，對礦山機電設(shè)備的自動化控制技術(shù)的實際應用進行較為準確的分析與深入研究，對礦企經(jīng)濟價值作出了現(xiàn)實意義上的貢獻。

1 礦山機電設(shè)備自動化控制技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容

1.1 自動化控制技術(shù)的概述

溯源而談，自動化控制技術(shù)，指機器設(shè)備以代碼程序為執(zhí)行依據(jù)，擺脫人機交互過程而獨立完成任務的機械操控方式。該技術(shù)能夠擺脫人力資源的束縛，通過計算機自動化系統(tǒng)直接對機械設(shè)備進行信息的掃描、存儲、分析等操作流程。具體來講，自動化控制技術(shù)是多種技術(shù)的集成體，囊括了機械、自動控制、微電子等技術(shù)。其中，機械技術(shù)是根基，在融合了多種技術(shù)后逐漸具備了過硬的綜合性體系，再結(jié)合了較為豐富的實踐經(jīng)驗后構(gòu)成自動化控制技術(shù)。在礦山生產(chǎn)活動的應用中，自動化控制技術(shù)效率優(yōu)先、操作穩(wěn)定，既能提高礦產(chǎn)的產(chǎn)出效率及產(chǎn)出量，還能保障工人的生產(chǎn)安全。但由于礦山生產(chǎn)工作的危險系數(shù)較高、不確定性較大，礦產(chǎn)企業(yè)在投入礦石生產(chǎn)的全過程中必須遵循安全生產(chǎn)和經(jīng)濟效益原則，組織好風險防范和錯誤糾正的后盾，有效利用自動化控制技術(shù)保障生命、財產(chǎn)安全。

1.2 礦山機電設(shè)備自動化控制的意義

自動化控制技術(shù)使礦山機電設(shè)備的使用效率和精確性大大提高，也使得開采工作從內(nèi)容到實質(zhì)都有了全面的突破與革新，自動化的機械設(shè)備操控手段、靈活的開采方案等都對傳統(tǒng)的礦山開采工作具有不可忽視的意義。首先，開采作業(yè)實施全面的、實時的監(jiān)控措施。信息技術(shù)和遠程監(jiān)控技術(shù)的融合可以對礦山開采的整個過程實施全面監(jiān)控，監(jiān)控技術(shù)和自動定位技術(shù)的融合可以保障開采作業(yè)的安全監(jiān)管。各種自動化技術(shù)的融合使整個礦山開采作業(yè)水平大大提升，險情和問題得到及時發(fā)現(xiàn)、精準定位和快速解決。其次，有效預防安全事故。每個礦山的礦產(chǎn)開發(fā)都受到了安全防范制度的嚴格管理，但礦產(chǎn)資源利益巨大，在實際作業(yè)時難免出現(xiàn)違規(guī)開采的情況，監(jiān)控管理人員可以通過監(jiān)控視頻盡早發(fā)現(xiàn)開采的安全隱患，及時糾正和制止危險系數(shù)較高的行為。

1.3 礦山機電設(shè)備自動化控制的應用現(xiàn)狀

礦山生產(chǎn)作業(yè)實現(xiàn)自動化是礦山生產(chǎn)開采工作未來的主要發(fā)展方向。當前，我國礦山生產(chǎn)已能普遍實現(xiàn)自動化控制技術(shù)的應用，但較發(fā)達國家相比起步較晚，自主創(chuàng)新能力不足，大量技術(shù)設(shè)備都依賴進口，且在實際應用中也存在問題，導致礦山機電設(shè)備自動化控制低于預期值。

2 自動化控制技術(shù)在礦山機電中的應用

自動化控制技術(shù)的顯著特點是對勞動力的解放水平高。由于機械設(shè)備的自動化水平提高，設(shè)備操作時就能節(jié)約人力成本，且機器設(shè)備對工作狀態(tài)的準確把控更加便捷，提高礦山生產(chǎn)的效率。

2.1 礦山開采設(shè)備中應用

礦山開采設(shè)備中應用自動化控制技術(shù)是行業(yè)發(fā)展自動化的必然趨勢。礦山開采設(shè)備是當前我國礦山開采工作過程中應用最廣泛的、最基礎(chǔ)的作業(yè)設(shè)備，機電自動化控制技術(shù)通過快速分析識別海量信息實現(xiàn)作業(yè)前期的工作方案規(guī)劃及調(diào)整，但隨著開發(fā)難度較為簡單的礦山開采完畢，以及礦山開采工序?qū)Νh(huán)境造成的各種程度的破壞，開采工作的要求和規(guī)定將會愈發(fā)嚴苛，而自動化變革剛好滿足以上要求。變革后的礦山機電設(shè)備由人工智能控制系統(tǒng)發(fā)出指令，通過各個端口實現(xiàn)通信和交互，定期對礦山開采條件參數(shù)進行分析，并判斷下一步工作是否需要做出調(diào)整，進而實現(xiàn)安全、順利開采。

2.2 礦井提升設(shè)備中應用

礦井開采工作時所使用的礦井提升設(shè)備是指地下礦產(chǎn)資源開采后從地下運輸至地上的工作過程，對礦井提升設(shè)備應用自動化控制技術(shù)是自動化控制技術(shù)應用的重點內(nèi)容之一。傳統(tǒng)的礦井提升作業(yè)方式需要依賴交流轉(zhuǎn)子串電阻進行調(diào)速，速度調(diào)控難度較大且耗費大量人力、物力、時間資源，提升設(shè)備突然停止帶來的較大沖擊力也會對礦山開采工作帶來困難，難以滿足現(xiàn)代化礦山開采的工作要求。而自動化控制技術(shù)在其中的應用，不僅可以降低甚至避免礦井提升作業(yè)中產(chǎn)生的消極影響，也能夠通過自動化控制技術(shù)實現(xiàn)對設(shè)備人員的更新升級，優(yōu)化開采流程，確保運行穩(wěn)定安全，減少能耗，提升礦井開采作業(yè)的質(zhì)量和時效性。

2.3 礦產(chǎn)資源運輸設(shè)備中應用

已開采出來的礦產(chǎn)需要通過裝卸運輸運至礦山。作為礦產(chǎn)資源運輸重要設(shè)備，膠帶輸送機是較為常用的運輸設(shè)備。膠帶輸送機的運行原理是基于帶式傳送機輸送傳送帶上的物品，應用自動化控制技術(shù)能，較之機械化、勞動強度高的人工運輸能大幅提升運輸效率，節(jié)省作業(yè)環(huán)節(jié)。其中，帶式傳送機與提升設(shè)備自動化系統(tǒng)均以自動化控制器為主要驅(qū)動力，還可以對設(shè)備故障、報錯等問題及時預警，尋求合理的解決方案，有效減少設(shè)備損耗和資源浪費，維持設(shè)備壽命，同時保證最大限度的礦山開采安全。

2.4 在檢測活動中應用

礦山作業(yè)中必不可缺的一環(huán)是檢測活動，對開采環(huán)境、礦石質(zhì)量、人員安危等都要進行各種實時監(jiān)測，一般來說，礦井作業(yè)中的檢測活動，首要任務是對井下作業(yè)人員的生命體征和作業(yè)進度進行監(jiān)控，傳統(tǒng)檢測活動中提到的檢測也一般指的是這一點。但隨著技術(shù)的進步使得檢測活動的參與者增多，目前的檢測活動不僅指上述檢測任務，還涉及動態(tài)目標監(jiān)控定位系統(tǒng)的自動化升級；圖像、開采信息的實時采集與通信；車輛等運輸裝卸設(shè)備的實時監(jiān)測等。

2.5 礦井排水設(shè)備中應用

礦井作業(yè)大多需要向地下挖掘數(shù)10米進行作業(yè)，考慮到地質(zhì)層特點，礦井的順利挖掘伴隨著地下水的影響，且隨著作業(yè)深度的增加而不斷增大，而自動化控制技術(shù)成為最優(yōu)解決方案——應用礦井排水自動化技術(shù)構(gòu)建完善的礦井排水系統(tǒng)。此時的礦井排水系統(tǒng)集合了多臺電壓高、性能強的多級離心水泵設(shè)備，這些設(shè)備自動化水平高，但由于它們都被用于復雜生產(chǎn)作業(yè)的開展，如泵房設(shè)備運行、水倉水位監(jiān)測等環(huán)節(jié)，復雜的運行工況和數(shù)量較多的精密儀器要求有更多的資源或精力加以看管，僅憑人工監(jiān)管難以為繼，因而對自動化控制技術(shù)的依賴性更高。

3 自動化控制技術(shù)在礦山機電應用中的實際問題

雖然自動化控制技術(shù)頗具優(yōu)勢，但礦山的回收和凈化、新老礦山質(zhì)量和產(chǎn)量的交替等問題也都是礦山開采作業(yè)自動化實施過程所面臨的困難，解決這些問題成為我國礦山開采行業(yè)進步的首要任務。

3.1 缺乏完善的機電自動化控制管理制度

我國礦山機電設(shè)備的使用有相當一部分沒有實現(xiàn)自動化技術(shù)的普及，僅僅是初期的摸索，資源分配的不平均和認知的落后導致礦企設(shè)備和技術(shù)的自動化變革推進程度參差不齊。除了這些宏觀因素造成的阻礙外，自動化礦山機電設(shè)備的使用也受到環(huán)境、人工等影響，使用標準也隨著開采條件和礦產(chǎn)特性而難以統(tǒng)一。對于礦產(chǎn)開發(fā)企業(yè)而言，實力較強的企業(yè)將業(yè)務重點放在科研產(chǎn)出上，其研究成果因?qū)嵱眯院蜋?quán)威性較強而占據(jù)了大部分的市場；各種中小型企業(yè)則大多直接引進這些研究成果投入使用，以降低創(chuàng)新性研發(fā)的成本，或者根據(jù)自家使用需求自行生產(chǎn)不同規(guī)格標準的設(shè)備，但自行生產(chǎn)會導致大量設(shè)備的使用程度和流通性很低，難以在整個行業(yè)中通用并形成標準。

3.2 礦山機電自動化控制的管理人才匱乏

礦山行業(yè)的工作性質(zhì)決定了礦山開采的安全問題才是最重要的，苛刻的工作條件天然存在較大的安全隱患，復雜的工作設(shè)備和技術(shù)手段也要求工作人員有很強的專業(yè)性，在此基礎(chǔ)上，礦山機電技術(shù)的自動化革新對人才有了更高的要求：要想使自動化設(shè)備在礦山作業(yè)中發(fā)揮更多實用價值和經(jīng)濟效應，專業(yè)能力強、綜合素質(zhì)高的人才是必要條件，這樣開采操作和安全管理才能上升到更高水平。但在我國礦山開采行業(yè)的實際工作中轉(zhuǎn)變工作意識形態(tài)和工作方式仍很困難，為方便起見，不少企業(yè)缺乏創(chuàng)新意識，短視行為較重，往往照搬其他行業(yè)中同領(lǐng)域成功的案例，以支持自家礦山的自動化生產(chǎn)，給礦山作業(yè)增添了阻礙；且專業(yè)的自動化技術(shù)設(shè)備管理人才大多流向了技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，留在礦山開采行業(yè)的人才較少，難以改變?nèi)瞬湃笔У睦Ь场２粌H如此，企業(yè)對工作人員的專業(yè)知識和技術(shù)訓練工作不到位，許多有經(jīng)驗的設(shè)備操作人員的知識積淀難以轉(zhuǎn)化為實踐，與行業(yè)工作相脫節(jié)，也不能真正解決問題。因此，礦山企業(yè)要意識到培養(yǎng)高素質(zhì)管理人員的迫切性和重要性，注重培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的人才團隊。

3.3 礦山機電自動化控制的開發(fā)力度不足

我國的礦山自動化智慧升級剛剛起步，但這對于缺少資金和人才儲備的中小型礦企而言便是一個難以短期內(nèi)克服的難關(guān)。由于中小型礦企的研發(fā)資源有限，使得理論成果難以轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟效益，缺乏實際意義，轉(zhuǎn)化成功的實踐經(jīng)驗少之又少，管理人員和礦工專注于個人的本職勞動，對于自動化生產(chǎn)這些時代發(fā)展的新要求認知缺失，很多制度和模式都沒有正確而科學的理解，導致中小型礦企對礦山機電自動化轉(zhuǎn)型的基石空虛，自動化控制技術(shù)的升級進程緩慢。

4 自動化控制技術(shù)在礦山機電應用中的優(yōu)化策略

4.1 健全礦山機電自動化控制管理制度

礦山作業(yè)中健全自動化控制技術(shù)的管理制度是解決諸多開采問題的關(guān)鍵。首先，以礦山的自然環(huán)境與所用設(shè)備對環(huán)境的要求為基礎(chǔ)，合理選擇礦山開采工作需要的機械設(shè)備與機電自動化設(shè)備。在開采前期，對將要使用的設(shè)備進行相應的維護保養(yǎng)；在設(shè)備運轉(zhuǎn)期間，對正在運轉(zhuǎn)的設(shè)備按時記錄運行情況，尤其是異常或不規(guī)律的變化要及時引起注意，建立快速反應反饋機制。其次，所有與設(shè)備有過接觸的人員都要事先準確了解設(shè)備的正常操作規(guī)范，合理使用，妥善維護，并在實際使用時做盡到監(jiān)督管理職責。除此之外，礦產(chǎn)企業(yè)還需要健全正向的激勵機制，可以將設(shè)備信息化管理納入企業(yè)的標準化管理系統(tǒng)中，明確建立自動化控制技術(shù)的相關(guān)標準。

以上制度的建立健全都是為了讓礦山開采人員切身體會自動化控制技術(shù)為開采作業(yè)帶來的便捷、高效，利用自動化控制技術(shù)優(yōu)化操作系統(tǒng)以提高設(shè)備管理的效益。另外，在推進自動化技術(shù)轉(zhuǎn)型時，務必落實作業(yè)的實行責任制，定期考察自動化控制技術(shù)的應用狀況，考察評估結(jié)果將直接影響個人及部門年度績效，把個人利益與企業(yè)利益掛鉤，促進自動化控制技術(shù)的廣泛應用。

4.2 培養(yǎng)機電自動化控制的管理人才

自動化技術(shù)的推廣應用需要專業(yè)管理人才，但當前我國礦山生產(chǎn)開采工作的開展缺乏專業(yè)管理人員的智力支持，已有管理人員的素質(zhì)水平不足導致自動化控制技術(shù)與相應設(shè)備難以物盡其用。對此，礦企必須對在崗管理人員加強針對性較強的專業(yè)培訓，既對掌握自動化控制技術(shù)的員工進行管理方面的專業(yè)培訓，也對管理人員普及自動化控制技術(shù)方面的專業(yè)知識；同時，引進專業(yè)管理人才，組建人才隊伍，采取團隊學習的模式定期開展專題討論和共同研究，提高員工在設(shè)備管理工作中的創(chuàng)造性能力，為礦山生產(chǎn)開采工作的安全開展提供管理策略支撐和人才支撐。

4.3 加大機電自動化控制的應用力度

要做到這一點，礦企應對半自動化或操作工輔助控制多加關(guān)注，因為這兩項技術(shù)是非自動化技術(shù)與自動化技術(shù)之間的銜接橋梁，能防止技術(shù)斷崖。對此，礦業(yè)應加大相關(guān)技術(shù)的開發(fā)應用力度，解決復雜作業(yè)環(huán)境中的礦石保護等價值問題，對于普及礦企自動化生產(chǎn)、強化礦山機電自動化設(shè)備的應用具有強大的推動作用。

5 結(jié)語

我國礦山機電自動化進程正跨入快速發(fā)展階段，自動化控制技術(shù)也成為帶動礦山開采行業(yè)快速發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，但隨著發(fā)展和時代的要求，前進腳步不能停歇。對此，礦山企業(yè)的專業(yè)研發(fā)人員要做好本職工作，善于利用自動化控制技術(shù)全面提升礦山機電自動化設(shè)備的發(fā)展，促進行業(yè)進步。