余建兵 張云照

四川省洪雅青衣江元明粉有限公司，中國·四川 眉山 620360

1 引言

礦山作業(yè)機(jī)械化與自動化是生產(chǎn)力，是效率，也是效益，這已被許多有遠(yuǎn)見的礦山企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者所認(rèn)識。目前，雖然大多數(shù)礦山企業(yè)生產(chǎn)采用手工作業(yè)，人海戰(zhàn)術(shù)，是由中國國情所決定，但它嚴(yán)重制約著礦山的發(fā)展，尤其是大中型礦山的技術(shù)水平與經(jīng)營效益的提高。

2 鈣芒硝礦山的現(xiàn)狀

2.1 巷道的施工掘進(jìn)

鈣芒硝礦山的巷道掘進(jìn)作為開采環(huán)節(jié)中的先行重要環(huán)節(jié)，普遍采用炮掘的方式進(jìn)行巷道掘進(jìn)即通過鑿巖機(jī)鉆眼，裝填炸藥爆破，鏟運(yùn)機(jī)裝礦和1m2固定式礦車運(yùn)礦的方式進(jìn)行。該模式在鈣芒硝礦山中使用較多，但存在作業(yè)循環(huán)時間長，效率不高的特性。并且在作業(yè)過程中，由于爆破的影響會破壞周圍巖石的應(yīng)力，經(jīng)常發(fā)生一些頂板事故，給安全生產(chǎn)帶來一定的壓力。

2.2 采場及中段運(yùn)輸

主要采用有軌運(yùn)輸方式進(jìn)行的，采區(qū)內(nèi)通過絞車的提升運(yùn)輸，將空礦車送至裝載點，鏟運(yùn)機(jī)將礦渣鏟入礦車后，通過絞車運(yùn)出采區(qū)，然后送至集中運(yùn)輸?shù)闹卸芜\(yùn)輸大巷。而中段運(yùn)輸是通過電機(jī)車牽引的方式，將裝有礦石的1m3固定式礦車送到主運(yùn)輸車場然后再送至地面排土場。

2.3 礦井主提升運(yùn)輸

鈣芒硝礦的開采中，礦井主提升普遍采用的是絞車+軌道的形式進(jìn)行提升運(yùn)輸，也有個別礦井使用膠帶輸送機(jī)將礦石運(yùn)送到地面。

2.4 人員老齡化趨勢嚴(yán)重

目前，礦山的一線從業(yè)人員年齡普遍偏大，就筆者所在礦山從事一線生產(chǎn)的人員的平均年齡在50歲左右，全礦山280余人，年齡結(jié)構(gòu)占比：55～59歲占19%，50～54歲占35%，40～49歲占40%，40歲以下占6%。礦山中新增加的從業(yè)人員越來越少，尤其是現(xiàn)在的年輕人幾乎都不愿意從事井下作業(yè)。

3 礦業(yè)裝備未來發(fā)展趨勢

3.1 采礦機(jī)械化、自動化

采用大型礦實現(xiàn)數(shù)字化采礦系統(tǒng)，在大型礦山采用井下信息采集與高帶寬無線通信、精確定位與智能導(dǎo)航、空區(qū)三維激光掃描測量、智能爆破、智能調(diào)度與控制等技術(shù)，應(yīng)用自動化的采掘鑿巖臺車、裝藥車、鏟運(yùn)機(jī)、地下運(yùn)礦卡車、多功能輔助臺車等裝備與充填自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)鑿巖、裝藥、出礦、運(yùn)搬、充填等生產(chǎn)工藝的機(jī)械化、自動化、連續(xù)化，減少作業(yè)人員50%以上。

3.2 中小型回采機(jī)械化

在中小型礦山采用低矮式鑿巖臺車、裝藥器、撬毛臺車、小型鏟運(yùn)機(jī)、液壓支柱、小型多功能服務(wù)車、小型移動式充填設(shè)備，代替手持鑿巖、人工裝藥、人工撬毛、人工出礦、人工倒運(yùn)廢石充填，實現(xiàn)中小型礦山回采機(jī)械化，減少作業(yè)人員50%以上。

3.3 掘支機(jī)械化

大中型礦山掘支機(jī)械化，在大中型礦山通過采用激光指向與精確定位、井巷三維激光掃描測量、井筒反向施工、噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)等技術(shù)，應(yīng)用掘進(jìn)臺車、天井鉆機(jī)、裝藥車、扒渣機(jī)、錨索錨桿臺車、噴射混凝土臺車等裝備，實現(xiàn)鑿巖、裝藥、出渣、支護(hù)等掘支工藝機(jī)械化，減少作業(yè)人員40%以上。

3.4 小型掘支半機(jī)械化

在小型礦山應(yīng)用小型單臂掘進(jìn)鑿巖臺車、扒渣機(jī)、液壓支柱、噴漿機(jī)，代替手持鑿巖設(shè)備、人工出渣、人工支護(hù)，實現(xiàn)小型礦山掘支半機(jī)械化，減少作業(yè)人員30%以上。

3.5 運(yùn)輸系統(tǒng)無人化、機(jī)械化

大中型無人有軌運(yùn)輸系統(tǒng)。在大中型礦山，通過采用電機(jī)車遠(yuǎn)程遙控、有軌運(yùn)輸智能化調(diào)度與控制、視頻無線傳輸、信集閉監(jiān)控等技術(shù)，應(yīng)用具有遠(yuǎn)程遙控或全自動無人駕駛功能的有軌運(yùn)輸電機(jī)車，結(jié)合自動放礦、溜井料位監(jiān)測、自動化稱重計量等配套手段，代替人工駕駛機(jī)車、人工放礦等工藝技術(shù)與裝備，實現(xiàn)井下有軌運(yùn)輸系統(tǒng)無人操作，減少作業(yè)人員50%以上。

3.6 小型機(jī)械化運(yùn)輸系統(tǒng)

針對小型，通過采用小型鏟運(yùn)機(jī)、無軌或有軌車輛實現(xiàn)機(jī)械化運(yùn)輸系統(tǒng)，代替人工運(yùn)輸，減少作業(yè)人員50%以上[1]。

3.7 井下大型固定設(shè)施無人值守系統(tǒng)

用智能監(jiān)測與自動控制技術(shù)，應(yīng)用集智能電網(wǎng)管理、排水智能監(jiān)控、變頻伺服按需通風(fēng)控制、提升系統(tǒng)管控、礦井中央集控平臺等為一體的礦井無人值守系統(tǒng)，代替人工井下現(xiàn)場值守，實現(xiàn)中央變電所、水泵房、風(fēng)機(jī)站、空壓機(jī)房、皮帶運(yùn)輸巷等場所的無人值守，減少作業(yè)人員60%以上。

首先，中國機(jī)械制造業(yè)近年來突飛猛進(jìn)的發(fā)展，奠定了很好的基礎(chǔ)，礦山開采設(shè)備，也逐步從半機(jī)械化過渡到機(jī)械化、自動化等。

其次，社會人員結(jié)構(gòu)的調(diào)整，隨著年齡結(jié)構(gòu)的老齡化趨勢加大，能夠從事、愿意從事礦山井下作業(yè)的人員越來越少，未來礦山作業(yè)人員將會是很大的一個缺口。如果不改變生產(chǎn)模式，還按照傳統(tǒng)的工藝來組織生產(chǎn)，將不能順應(yīng)時代、社會的發(fā)展，最終只有被淘汰。只有從機(jī)械化入手，逐步改變目前的作業(yè)模式，從機(jī)械化到自動化再到智能化方向發(fā)展。

未來礦山發(fā)展趨勢是往機(jī)械化、自動化、信息化、智能化方向發(fā)展，首先要實現(xiàn)的是礦山的機(jī)械化，逐步轉(zhuǎn)為自動化、信息化，才能夠?qū)崿F(xiàn)智能化。

最后，國家對安全生產(chǎn)監(jiān)控更為嚴(yán)格，加之近期發(fā)生的一系列安全事故，以后會以本質(zhì)安全為原則，逐步淘汰落后的、風(fēng)險大的作業(yè)方式與工藝。

4 鈣芒硝礦機(jī)械化的思考

4.1 巷道掘進(jìn)機(jī)械化

在巷道掘進(jìn)中采用綜合掘進(jìn)機(jī)作業(yè)方式。將現(xiàn)階段依賴手持鑿巖打眼、炸藥爆破作業(yè)的傳統(tǒng)炮掘方式改為綜合掘進(jìn)機(jī)作業(yè)方式，我礦年巷道工程量在25000～30000m，每天有30多個炮掘作業(yè)班組100多人在井下工作，采用綜合掘進(jìn)機(jī)作業(yè)方式后，只需要5臺STR280-5工程掘進(jìn)機(jī)就能完成每年的工程任務(wù)，而作業(yè)人員可減少60%。從而減輕勞動強(qiáng)度，提高作業(yè)效率。采用機(jī)械化作業(yè)，不使用雷管、炸藥，完全杜絕了使用火工產(chǎn)品中的爆炸事故、頂板事故、炮煙中毒等事故。減少了作業(yè)人員，就減少在危險環(huán)境中暴露的頻次，減少了事故發(fā)生的可能性，提高了安全的可靠性。

4.2 運(yùn)輸機(jī)械化和自動化

芒硝礦運(yùn)輸方式：溶區(qū)運(yùn)輸、水平中段運(yùn)輸、下山集中運(yùn)輸、上山集中運(yùn)輸和運(yùn)輸斜井。將運(yùn)輸斜井和上、下山集中運(yùn)輸采用礦用膠帶運(yùn)輸代替1m3固定式礦車串車運(yùn)輸，并且將其改為無人值守，遠(yuǎn)程操控，實現(xiàn)井下膠帶運(yùn)輸無人化作業(yè)；為配套綜合掘進(jìn)機(jī)工藝，溶區(qū)運(yùn)輸、水平中段運(yùn)輸采用無軌礦用汽車運(yùn)輸，實現(xiàn)一次掘進(jìn)機(jī)作業(yè)面直接運(yùn)輸至中段水平運(yùn)輸巷道原料倉內(nèi)，運(yùn)速快、運(yùn)輸能力大，從而可大量節(jié)省輔助運(yùn)輸人員和提高運(yùn)輸效率[2]。

4.3 產(chǎn)品硝水自動調(diào)配控制

實現(xiàn)鈣芒硝礦內(nèi)各溶區(qū)進(jìn)水和抽水自動化控制；礦山所有溶區(qū)內(nèi)硝水量、硝水濃度掌控；實現(xiàn)個溶區(qū)內(nèi)硝水智能化調(diào)配；降低勞動定員。

主要工作原理為控制系統(tǒng)通過在線濃度計信號的測量調(diào)節(jié)出口電動調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)出口流量。進(jìn)口通過排空流量開關(guān)，達(dá)到條件后關(guān)閉進(jìn)口開關(guān)閥。

每個溶區(qū)的產(chǎn)品硝水自動控制系統(tǒng)由控制系統(tǒng)和控制閥兩個部分組成。本次設(shè)計采用plc控制系統(tǒng)?？刂崎y主要有一次閥、電動開關(guān)閥、電動調(diào)節(jié)閥、電磁流量計等（見圖1）。

圖1 plc控制系統(tǒng)

4.4 主要設(shè)備自動化

生產(chǎn)監(jiān)控和自動化系統(tǒng)建立在信息與自動化系統(tǒng)基礎(chǔ)上，生產(chǎn)監(jiān)控及自動化平臺采用C/S架構(gòu)，通過工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)構(gòu)建的信息傳輸通道統(tǒng)一接入通風(fēng)自動化、排水自動化、運(yùn)輸自動化，并進(jìn)行相應(yīng)的通風(fēng)集控組態(tài)設(shè)計、排水集控組態(tài)設(shè)計、壓風(fēng)集控組態(tài)設(shè)計、運(yùn)輸集控組態(tài)設(shè)計，通過布置的生產(chǎn)控制操作員站，由生產(chǎn)控制操作員實現(xiàn)在調(diào)度指揮中心統(tǒng)一對生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行集控，實現(xiàn)管控一體化。生產(chǎn)監(jiān)控和自動化控制網(wǎng)絡(luò)通過防火墻、網(wǎng)閘與信息管理系統(tǒng)相連，便于各級管理部門隨時了解安全、生產(chǎn)等信息。

生產(chǎn)監(jiān)控和自動化系統(tǒng)擬由下列子系統(tǒng)組成：壓風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、排水監(jiān)控系統(tǒng)、通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等，可實現(xiàn)水泵房、壓風(fēng)機(jī)房、通風(fēng)機(jī)房各系統(tǒng)監(jiān)測量。

生產(chǎn)監(jiān)控和自動化系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)作為網(wǎng)絡(luò)平臺，各生產(chǎn)監(jiān)控和自動化子系統(tǒng)分別采用現(xiàn)場總線的傳輸方式，通過地面環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、井下環(huán)網(wǎng)交換機(jī)接入。

隨著自動化和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，監(jiān)控中心對信息顯示的要求越來越高，其中大屏幕顯示系統(tǒng)作為集中信息顯示的交流平臺，可以將各種監(jiān)控系統(tǒng)的計算機(jī)圖、文信息和視頻信號等進(jìn)行集中顯示，在實時調(diào)度、會商、決策及信息反饋等方面都起到了重要作用。通過大屏幕顯示系統(tǒng)，可以實時觀測自動化系統(tǒng)的各種信息，包括安全生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)、各個生產(chǎn)監(jiān)控子系統(tǒng)、實時工業(yè)視頻監(jiān)控信號、各種管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)、各種歷史數(shù)據(jù)圖像以及電腦、電視、實物投影儀、DVD等信號源的信息和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息等多種信息，可隨時對各種現(xiàn)場信號和各類計算機(jī)圖文信號進(jìn)行多畫面顯示和分析，及時作出判斷和處理，發(fā)布調(diào)度指令，實現(xiàn)實時監(jiān)控和集中調(diào)度的目的[3]。

5 結(jié)語

機(jī)械化與自動化屬于科學(xué)技術(shù)，而科學(xué)技術(shù)又是第一生產(chǎn)力，所以，提高礦山作業(yè)機(jī)械化與自動化水平，不但是一個礦山生產(chǎn)力是否發(fā)展與提高的問題，也是關(guān)系到該企業(yè)乃至全社會是否發(fā)展與提高的大問題。只有從中高度認(rèn)識問題，才能把此項工作抓好。