吳磊

【摘 要】現(xiàn)階段，隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)以及城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，城市基建對礦山資源的需求呈現(xiàn)明顯提升的趨勢，這就對礦山企業(yè)的開采效率提出了新的技術(shù)要求。當(dāng)前，自動化技術(shù)的成熟，使得礦山企業(yè)將自動化技術(shù)越來越多的應(yīng)用于礦山開采上面。通過自動化技術(shù)的應(yīng)用，不僅能夠提升礦山資源的生產(chǎn)效率，還能夠?yàn)殚_采提供極大的安全保障。相較于西方發(fā)達(dá)國家，我國的自動化技術(shù)研究起步較晚，自動化技術(shù)在礦山開采上的應(yīng)用也不夠廣泛。本文基于這個情況，對自動化系統(tǒng)在礦山中的應(yīng)用做了介紹，并分析了自動化系統(tǒng)在礦山開采應(yīng)用存在的問題，以期為相關(guān)工作者提供指導(dǎo)和幫助。

【關(guān)鍵詞】自動化系統(tǒng)；礦山開采；開采設(shè)備；參數(shù)；應(yīng)用

一、自動化系統(tǒng)簡介

自動化系統(tǒng)，是指完全依靠自動化技術(shù)進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的操縱，從而確保整個系統(tǒng)正常運(yùn)行的系統(tǒng)。自動化系統(tǒng)是一門多學(xué)科領(lǐng)域綜合性運(yùn)用的先進(jìn)系統(tǒng)。從廣義范圍上來說，自動化也包括了人工智能化的再現(xiàn)以及模仿等，現(xiàn)階段，自動化系統(tǒng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、礦業(yè)、物流業(yè)以及醫(yī)療行業(yè)等多個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，通過自動化系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅能夠顯著提升機(jī)械生產(chǎn)的效率，還能夠解放人們的雙手，減輕人們的工作強(qiáng)度，對基層工作人員提供更為強(qiáng)大的安全保障。同時，通過自動化系統(tǒng)的建立，能夠減少能源資源的消耗，落實(shí)節(jié)能減排的發(fā)展目標(biāo)。因此可以說，自動化系統(tǒng)的應(yīng)用和普及對于促進(jìn)社會科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，加強(qiáng)人們對于世界的改變能力有著重要的意義。

現(xiàn)階段，信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及通信技術(shù)的快速發(fā)展對自動化系統(tǒng)的進(jìn)一步完善提供了更加強(qiáng)大的技術(shù)支持，自動化技術(shù)已經(jīng)到達(dá)了過程的最優(yōu)控制與管理的綜合自動化階段。當(dāng)前的自動化系統(tǒng)呈現(xiàn)出了典型的集成化、智能化以及柔性化特性。通過自動化系統(tǒng)的應(yīng)用，礦山開采行業(yè)的效率以及質(zhì)量得到了顯著地提升。

二、自動化系統(tǒng)在礦山開采中的應(yīng)用

在我國，傳統(tǒng)的礦山資源開采都是通過機(jī)械探索定位，再通過人力開采來進(jìn)行的。這種開采方法不僅效率低下，而且對基層工作人員的生命安全沒有很好的保障。而自動化系統(tǒng)在礦山開采中的應(yīng)用，能夠顯著提升生產(chǎn)效率、降低開采成本投入、改善生產(chǎn)安全環(huán)境。同時，近些年，我國的礦山自動化系統(tǒng)逐漸引入了信息技術(shù)、自動化技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，這些技術(shù)的引入有力地推動了“數(shù)字化礦山開采”的進(jìn)程。

“數(shù)字化礦山開采”，是礦山未來發(fā)展的主要趨勢和方向。信息化、數(shù)字化的礦山開采基礎(chǔ)便是自動化系統(tǒng)，因此，想要實(shí)現(xiàn)礦山開采的信息化，首先需要落實(shí)礦山資源的自動化。信息化和數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)，首先需要引入全面的綜合性自動監(jiān)測裝置，其次需要建立綜合自動化的網(wǎng)絡(luò)平臺，通過綜合性的自動監(jiān)測裝置，能夠?qū)φ麄€礦山開采中的生產(chǎn)、工況以及安全等設(shè)備進(jìn)行全程監(jiān)控，并將監(jiān)控所得的數(shù)據(jù)傳遞至工作人員面前，以供工作人員進(jìn)行分析以及處理，而綜合自動化的網(wǎng)絡(luò)平臺的建立，能夠?qū)崿F(xiàn)礦山開采過程中信息的共享、加工以及利用，從而將這些信息反饋應(yīng)用于礦山開采以及安全生產(chǎn)等環(huán)節(jié)。因此，倘若礦山開采不建立完善的自動化系統(tǒng)，礦山開采的數(shù)字化以及信息化便無從開展。

當(dāng)前，我國的都個大中型礦山開采企業(yè)已經(jīng)開始應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、智能化技術(shù)以及礦山生產(chǎn)工藝等，使得礦山開采企業(yè)的生產(chǎn)安全、決策制定以及企業(yè)經(jīng)營等取得了良好的效益。同時，礦山開采企業(yè)通過將以上技術(shù)進(jìn)行全面的集成，形成了成熟的礦山綜合自動化開采系統(tǒng)。這個系統(tǒng)通過對礦山開采設(shè)備以及生產(chǎn)環(huán)境安全等信息進(jìn)行檢測和采集，并對其進(jìn)行分析和反饋，將整個礦山開采自動化系統(tǒng)管理平臺的所有信息都通過數(shù)字化的形式展現(xiàn)給工作人員。通過生產(chǎn)信息的數(shù)字化體現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)礦山開采的生產(chǎn)自動化、生產(chǎn)設(shè)備安全監(jiān)測自動化，設(shè)備管理自動化以及操作自動化，并且，通過人工智能分析技術(shù)的引入，能夠?yàn)榈V山開采中的相應(yīng)決策制定提供支持，實(shí)現(xiàn)礦山開采的高效、節(jié)能以及安全化。

整個自動排水控制系統(tǒng)通過檢測水倉液位和壓力、流量等參數(shù)，控制井下多臺水泵輪流工作與合理選擇啟動備用泵，合理分配調(diào)度水泵運(yùn)行的時間。整個系統(tǒng)通過以圖形、圖像、數(shù)據(jù)、文字等多種方式，實(shí)時地反映整個系統(tǒng)工作狀態(tài)以及水倉液位、電機(jī)工作的負(fù)荷電流、電機(jī)運(yùn)行時軸承溫度、排水管路流量等重要參數(shù)，并通過PLC實(shí)現(xiàn)控制。該系統(tǒng)應(yīng)具有良好的可靠性和操作性。多種數(shù)據(jù)由傳感器進(jìn)行檢測，通過PLC模擬量輸入模塊送入CPU進(jìn)行處理，計(jì)算出單位時間內(nèi)水位的上升速率，從而判斷井下中段的涌水量，合理選擇排水泵的啟停。水倉液位、電機(jī)的電流和電壓、電機(jī)的軸溫、電機(jī)水泵的振動、排水管的流量、水泵出水口的壓力等參數(shù)，主要用于監(jiān)測水泵、電機(jī)的運(yùn)行狀況，超過一定值系統(tǒng)會報(bào)警，嚴(yán)重時直接停機(jī)，以避免水泵和電機(jī)損壞。

三、礦山自動化系統(tǒng)的應(yīng)用詳細(xì)分析

3.1自動化系統(tǒng)對礦產(chǎn)開采系統(tǒng)通風(fēng)設(shè)備的作用

在進(jìn)行礦山開采時，礦井風(fēng)機(jī)自動控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取主要是通過各種傳感器實(shí)現(xiàn)的，而這些數(shù)據(jù)的傳輸則是通過高速光纖來實(shí)現(xiàn)的。通過傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)、自動化控制技術(shù)以及電子網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)等，能夠?qū)崿F(xiàn)礦山開采自動化系統(tǒng)對通風(fēng)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、礦井風(fēng)機(jī)實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)的檢測，同時，通過礦山開采自動化系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠?qū)ΦV井通風(fēng)系統(tǒng)主輔設(shè)備以及通風(fēng)設(shè)備控制的一體化，通過現(xiàn)場人工操作控制、電子遠(yuǎn)程控制以及自動化程序控制等，能夠保障整個自動化系統(tǒng)的自動化閉所控制。現(xiàn)階段，眾多中小型礦山開采企業(yè)已經(jīng)開始應(yīng)用風(fēng)機(jī)自動控制系統(tǒng)，并在生產(chǎn)安全、能耗降低方面取得了不錯的成效。

3.2自動化技術(shù)對開采提升設(shè)備的作用

在進(jìn)行礦山開采時，礦井提升設(shè)備時聯(lián)系井上、井下的唯一通道，礦井提升設(shè)備一旦出現(xiàn)問題，便會直接影響礦山企業(yè)礦物資源的正常開采，降低開采效率，也增加了開采的安全隱患。

為了有效提升礦井開采提升設(shè)備的安全性，現(xiàn)階段越來越多的企業(yè)開始選擇可編輯邏輯控制器作為核心系統(tǒng)來進(jìn)行礦井提升設(shè)備的自動化管理。礦井提升設(shè)備自動化控制系統(tǒng)能夠?qū)μ嵘O(shè)備的運(yùn)行速度、運(yùn)行軌道、線路監(jiān)控以及故障警報(bào)等進(jìn)行控制和監(jiān)控。它具有自動診斷、壽命長、穩(wěn)定性強(qiáng)的優(yōu)勢。在整個PLC提升設(shè)備系統(tǒng)中，最突出的設(shè)備便是內(nèi)裝式提升機(jī)。內(nèi)裝式提升機(jī)在設(shè)計(jì)過程中將滾筒與驅(qū)動設(shè)備相互結(jié)合，將自動化、數(shù)字化等特點(diǎn)最大程度的展現(xiàn)出來。自動化技術(shù)在提升設(shè)備上的應(yīng)用，不僅進(jìn)一步加強(qiáng)了提升設(shè)備的運(yùn)行安全性，又促進(jìn)了提升設(shè)備的運(yùn)行速度，對于礦山開采的高效、安全、持續(xù)生產(chǎn)具有重要的安全意義及經(jīng)濟(jì)意義。

3.3自動化系統(tǒng)對裝卸設(shè)備的作用

在完成礦井開采后，礦物資源的裝卸也直接影響著礦山開采的效率。傳統(tǒng)的礦產(chǎn)資源裝卸，通常是操作工人來完成的，但是由于人力活動具有一定的局限性，因此可能會出現(xiàn)操作疏忽，從而影響裝卸礦的安全性。

為了提升礦山礦石運(yùn)輸?shù)男?，現(xiàn)階段常選擇帶式輸送機(jī)。相較于人力勞動，帶式輸送機(jī)能夠進(jìn)行長距離輸送，并且輸送速率快，運(yùn)行成本低，同時還能夠保障運(yùn)輸數(shù)量。當(dāng)前，帶式輸送機(jī)的自動化控制系統(tǒng)也選擇的是可編輯邏輯控制器，在其外圍有設(shè)備作為輔助，通過這種形式，能夠?qū)ρb卸傳輸帶進(jìn)行集中控制、就地控制以及自動控制。礦產(chǎn)傳送的綜合自動化平臺，不僅能夠?qū)捷斔蜋C(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測和保護(hù)，還能夠進(jìn)行整個輸送帶的軟控啟動，不僅顯著改善了設(shè)備性能，提升了整個礦山的開采效率，還有效降低了生產(chǎn)開采事故的發(fā)生率，兼顧了經(jīng)濟(jì)效益以及安全效益。

3.4自動化系統(tǒng)對活動范圍檢測的作用

在礦山開采過程中進(jìn)行活動范圍的檢測，主要是為了進(jìn)行井下開采人員數(shù)量的統(tǒng)計(jì)以及考勤管理，方便管理人員對井下工作人員進(jìn)行安全管理。通過自動化技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)氯藛T的位置以及運(yùn)動軌跡進(jìn)行全面的監(jiān)測以及記錄，同時還能夠?qū)略O(shè)備以及機(jī)車等的運(yùn)動軌跡進(jìn)行跟蹤記錄，通過軌跡的記錄以及監(jiān)測，加強(qiáng)對于井下人員以及車輛設(shè)備的安全管理。進(jìn)行活動范圍檢測的自動化技術(shù)，實(shí)質(zhì)上是一種集數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、自動化控制以及信息采集等技術(shù)為一體的動態(tài)目標(biāo)監(jiān)控系統(tǒng)。它可以對進(jìn)入井下工作人員的身份進(jìn)行識別、并對運(yùn)動軌跡以及運(yùn)動時間進(jìn)行記錄，通過識別和記錄，能夠?qū)討B(tài)目標(biāo)的運(yùn)動情況以及相關(guān)運(yùn)動數(shù)據(jù)進(jìn)行確定，一旦出現(xiàn)安全問題，管理人員便能夠第一時間進(jìn)行尋呼以及報(bào)警。另一方面，通過自動化技術(shù)對井下人員位置進(jìn)行監(jiān)控，能夠?qū)崿F(xiàn)礦井工作人員的位置共享，礦山企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)根據(jù)井下人員的位置信息能夠制定更加完善的開采計(jì)劃，從而推動礦山企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

3.5自動化系統(tǒng)對礦井排水的作用

礦井自動化排水系統(tǒng)，一般是由計(jì)算機(jī)自動監(jiān)測水位裝置以及自動化水泵開停裝置構(gòu)成的，他可以對礦井排水的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，并分析差值來對設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)前，礦井的排水系統(tǒng)多由多臺多級離心水泵構(gòu)成，一組水泵用于工作、另一組則當(dāng)做備用。礦井的水泵工作電壓高，運(yùn)行功率大，同時運(yùn)行視野較差，僅憑人工是很難對其進(jìn)行監(jiān)控的，另一方面，在水泵運(yùn)行前進(jìn)行管路充水、井下水位監(jiān)測以及水泵設(shè)備的運(yùn)行和管理等一系列工作，倘若進(jìn)行人工操作，其勞動強(qiáng)大極大、操作過程極為復(fù)雜，這會嚴(yán)重影響整個開采過程中的效率和速率。而通過自動化系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對于水泵運(yùn)行情況的實(shí)時監(jiān)測，同時還能夠?qū)τ谒眠\(yùn)行操作進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，從而提高了安全生產(chǎn)保障，又降低了不必要的資源消耗。

3.6自動化系統(tǒng)對礦山填充的作用

隨著人們越來越重視環(huán)境保護(hù)，綠色環(huán)保、無廢料產(chǎn)生的開采是礦山開采的發(fā)展趨勢，而礦山填充技術(shù)，是一種利用礦山固體材料進(jìn)行填充，從而最大程度利用礦山開采的廢料，降低環(huán)境污染的一種技術(shù)手段。礦山充填，不僅全面解決了礦山開采活動帶來的資源消耗以及環(huán)境破壞，還能夠有效緩解采礦帶來的安全隱患問題，因此可以說，礦山開采時支撐現(xiàn)代礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新技術(shù)。

在進(jìn)行礦山充填時，往往會應(yīng)用到多種充填工藝和充填設(shè)備，為了確保這些充填工藝和充填設(shè)備都能夠正常運(yùn)行，可以通過自動化系統(tǒng)來進(jìn)行多種充填工藝的控制。自動化系統(tǒng)在礦山充填中的應(yīng)用主要包括廢料攪拌混合以及材料輸送兩個方面。礦山充填所應(yīng)用的自動化系統(tǒng)主要是由分布式控制系統(tǒng)來完成的，通過分布式控制系統(tǒng)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)廢料混合和攪拌工藝中的配料成分比對，避免了由于廢料比例不穩(wěn)定導(dǎo)致的充填質(zhì)量問題，還能夠通過自動化的充填材料輸送來改善充填工作的環(huán)境?？傮w來說，通過分布式自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠有效降低基層工人的工作強(qiáng)度，還能夠極大程度的提升整體的工作效率，為整個礦山開采企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展以及基層工作人員的工作安全提供保障。

3.7自動化在礦山未來的趨勢

開發(fā)不同功能的采礦應(yīng)用軟件，以滿足采礦業(yè)信息化的要求。因此信息化、數(shù)字化、智能化技術(shù)應(yīng)廣泛應(yīng)用到自動化控制技術(shù)，信息化主要是采用軟件模塊化模式和技術(shù)手段，開發(fā)各種礦山應(yīng)用軟件；數(shù)字化主要是以高速企業(yè)網(wǎng)為基礎(chǔ)，與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行對接，建立高速雙向的通訊網(wǎng)絡(luò)，在采礦業(yè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，表現(xiàn)在礦山的自動化和高效率上，從而實(shí)現(xiàn)采礦業(yè)的數(shù)字化。利用科學(xué)技術(shù)改造傳統(tǒng)采礦產(chǎn)業(yè)，未來這些技術(shù)成為我國采礦業(yè)的發(fā)展趨勢，要順應(yīng)這一發(fā)展趨勢，就必須大力發(fā)展新技術(shù)、新設(shè)備研發(fā)一些有實(shí)際效用的技術(shù)來保證采礦技術(shù)的快速發(fā)展。然而這意味著傳統(tǒng)的采礦業(yè)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

四、結(jié)語

隨著自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，自動化技術(shù)與礦山開采技術(shù)的有效結(jié)合逐漸取代了礦山開采機(jī)械化技術(shù)?？梢灶A(yù)料，未來的礦山開采一定是以自動化系統(tǒng)為基礎(chǔ)的“數(shù)字化”、“信息化”開采模式，因此，如何落實(shí)自動化系統(tǒng)的建設(shè)是礦山開采企業(yè)的重中之重。本文對自動化系統(tǒng)在礦山開采中的應(yīng)用做了分析，以期我國的礦山企業(yè)加速建立完整的自動化開采系統(tǒng)。

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（作者單位：武漢輕工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院）