矿山综采自动化成套技术与装备创新和发展

孔凡军

早期矿山开采中主要依赖于人工，工作效率较低，同时矿山开采属于高危行业，容易在矿山开采中出现各类问题，威胁到矿工的生命安全。伴随着采矿技术的成熟、经验积累、现代各类先进技术的发展以及设备的更新，矿山综采自动化技术与对应设备逐渐在矿山综采中得到应用。矿山综采自动化的实现与较多因素有关，如正常通信、设备防护、克服各类复杂的地质环境等，因而矿山综采自动化成套技术与装备需要不断创新与发展，通过相关技术的优化与设备的改造，综合提高矿山综采自动化成套技术与装备的应用能力。本文结合笔者工作经历以及相关资料报道，对矿山综采自动化成套技术与装备创新发展有关问题展开分析，详细分析如下。

1 矿山开采技术发展以及矿山综采自动化技术分析

1.1 常用矿山开采技术分析

随着矿山开采技术的发展与应用经验积累，较多技术在采矿过程中得到应用，常用的一些采矿新技术如：全自动刨矿机采矿技术、矿山绿色开采技术、超厚矿层采矿技术、充填开采技术等，不同采矿技术在应用中各有优势。矿山开采中针对部分对环境影响较大的区域，需要采取矿山绿色开采技术，对于废气巷道中的废石开采则可选择地下脉石充填技术，针对地下固体矿物可采取地下采矿技术。不同矿山开采与处理技术有着不同的应用特点，但是较多技术在应用中成本投入大，开采效率低，安全隐患多，严重影响矿山企业的长久利益。如矿山绿色开采技术过程中，目前已经有相应的技术在矿山综采中得到应用，如保水开采技术、充填开采技术、环境恢复与综合治理技术、废石不出井技术、废石资源化技术等。上述相关技术在不同矿山综采中都有应用，一定程度上践行了“绿色采矿技术”。

1.2 矿山综采自动化技术分析

矿山综采技术是伴随着自动化控制技术、传感器技术、计算机信息化技术等发展而兴起的现代化矿山施工与运行管理技术。矿山综采过程中涉及较多内容，包含较多流程与环节，因而单纯通过一种技术不能达到矿山综采目的，需要多种技术互相配合，形成矿山综采自动化技术，智能对整个矿山相关作业进行控制。矿山综采自动化技术的使用提高了整个矿山开采不同阶段的自动化程度，减少矿山工人等的参与，不仅能明显提高整个矿山作业效率，同时减少人员参与可能引起的安全事故，符合现代矿山企业管理与发展需求，兼顾矿山生产工作效率与人员安全。

矿山综采自动化技术在发展过程中能够通过成套技术的使用与匹配装备的研发，从多方面发挥作用并提高矿山综采效果。矿山综采过程中可充分利用现有的机电一体化技术与设备自动化进行矿山相关作业，提高开采的自动化程度；实现整个矿山相关作业的智能控制，充分利用人工智能设备、智能耦合控制系统等，合理设置参数后能够自动化完成后续相关操作，提高矿山综采的智能化；矿山综采成套技术与设备具有一定的学习能力，通过较多智能化控制组件的共同作用，提高矿山综采的智能化控制，最大程度减少人员的介入。

2 矿山综采自动化成套技术与装备进展

目前在矿山综采自动化成套技术与设备研究方面，主要是薄矿层自动化开采技术。矿山综采自动化成套技术与装备的研究与使用可提高矿山综采的安全性，同时提高作业效率，实现矿山综采的自动化、智能化发展。矿山开采中薄矿层较普遍，但是传统矿层开采期间的开采效率等均一般，限制了该区域内的矿山开采。通过矿山综采自动化成套技术与装备的使用，能够结合前期对矿山的相关研究，灵活将矿区划分为不同区域，分区域开展作业。与传统薄矿层开采相比，矿层的开采效率明显提高，开采自动化程度更高。矿山开采过程中，充分利用现代视频监控技术，能够随时做好矿山综采不同阶段的远程监控，随时了解现场进展。考虑到矿山作业现场环境复杂，空气中灰尘较大，容易影响摄像头的监视效果，可将涡流负压风幕安装在视频监控屏幕前，减少灰尘影响，保证现场的监控效果。矿山综采自动化成套技术在应用中，可结合实际情况采取不同的开采模式，比如薄矿层自动化开采过程中，在整个开采期间，尽可能保证远程监控系统、控制中心、工作面无人操作等技术应用，结合具体矿山开采情况，在三角矿区划分为不同阶段，并做好有效控制。矿山开采中可使用双向工艺方法，提高薄矿层的综采效果。通过在低照明条件下进行现场监测装置的研发与应用，利用传感器技术将综采工作面的有关情况及时发送到控制室，便于全程跟进与监督综采面的实际工作情况，有利于及时发现工作中存在的问题，并结合具体问题及时做好应对处置。

薄矿层自动化开采技术在应用过程中需要有配套的设备，目前已经使用的如矮机身大功率薄矿层采矿机。为了保证矮机身薄矿层采矿机具有较高的工作效率，研发中尽可能保证电牵引采矿机为双结构电动机，便于应对不同矿层的作业环境，提高整个薄矿层开采的适用范围，进一步加快作业效率。设备在布置电动机方面，加强对传动连接结构的多角度设计，兼顾科学性与合理性，使用期间视情况持续优化功能。通过对整个结构的功能优化提高矿层处理效率与效果。采矿工作期间，采矿效率的影响因素较多，其中机面高度是一个典型影响因素，需要通过一定措施降低机高，如选择多电动机故障分布方式，该方式可降低机高问题，消除工作过程中切割电动机、牵引电动机、传动系统影响矿层空间，通过优化处理，降低整个采矿机高度，减小机身长度，增加采矿空间，更好的指导采矿工作。

薄矿层液压支架也是矿山综采自动化成套技术中的一个重要设备。常规矿山开采作业中，考虑到液压工作阻力问题，会限制支架高度，影响工作效率。通过采取超大伸缩比薄矿层液压支架则能够消除原有作业中对支架的高度限制，促进矿山支架稳定性的提升。按照要求，矿山开采中支架最低高度需要达到0.5m，而薄矿层液压支架无法满足上述要求，通过超大伸缩比薄矿层液压支架的使用，其高度明显增加，满足矿山开采要求。高度增加的同时需要考虑整个结构的安全性、稳定性，设备更新中，可改造支架结构的立柱，也可选择板式整体顶梁装置，促进其结构高度、系统稳定性等满足要求。矿山综采自动化成套技术与装备在使用期间可根据发现的问题逐步完善与改进，推动矿山综采自动化成套技术与设备的不断发展与更新。

3 矿山综采自动化成套技术需要解决的问题

矿山综采自动化成套技术尽管在不断的发展，但同时也存在一些新的问题，需要通过对相关问题的分析采取多方面的措施。

3.1 矿山综采自动化成套技术与装备创新不足

矿山综采自动化成套技术与装备创新需要耗费大量的时间、精力，同时需要有人力物力等投入，造成较多矿山仅注重眼前的经济利益，忽视对矿山综采自动化技术与设备的研发。较多矿山在综采过程中沿用传统技术手段与方法，未重视矿山综采自动化成套技术与装备的创新，影响到矿山综采自动化成套技术与装备在矿山中的应用。

3.2 设备维护的信息化水平较低

矿山开采过程中面临着复杂的环境条件，复杂的环境增加了设备在使用中的故障发生可能，因而矿山综采自动化成套技术与装备在使用期间需要重视日常维护与保养，减少相关故障发生率。尽管我国目前矿山综采自动化成套技术与装备得到了发展，但是整体自动化程度一般，不能自动化识别设备在工作中可能出现的故障类型，影响到不同设备在矿井下的维修。矿山综采自动化成套技术与装备在使用中，一旦出现故障，需要从多角度检查并判断可能的原因，整个设备维修过程中耗时较多，影响到现场矿山开采工作效率。矿山综采自动化成套技术与装备维护自动化水平不足，也会使得日常维护、保养、维修等阶段需要投入大量的人力、物力，影响到矿山企业的发展。

3.3 矿山综采自动化成套技术与装备管理人才不足

矿山综采自动化成套技术与装备较传统矿山开采方法，其对技术管理、设备管理要求更加严格，而矿山开采过程中的自动化技术与设备需要有更加专业的人员做好日常管理工作。实际上较多矿山企业现有的矿山综采自动化成套技术与装备管理人员技术水平一般，管理模式滞后，通常会在出现故障后才去进行原因分析与处理，忽视对设备的日常管理，加之较多自动化成套技术对应设备复杂，部分管理人员不具备相应的技术水平，产生设备故障后不能及时得到处理，影响到整个矿山企业的日常生产安全与生产效率。

3.4 矿山综采阶段的环境保护问题

矿山综采过程中会对现有的生态环境、地质环境等产生影响，尤其是在我国生态环境破坏严重的情况下，应重视矿山综采中对环境可能造成的影响。如矿山开采可能会诱发地质灾害，污染矿山周边的环境，矿山开采中较多的废弃物堆积会占用土地资源，雨水冲刷过程中会将部分物质渗透到土壤、地下水、河流等区域，污染土壤及水质，因此，矿山企业在采取综采自动化成套技术与设备期间，也需要关注环境保护问题。

4 矿山综采自动化成套技术与装备创新与发展措施

4.1 持续创新与改进薄矿层开采设备

薄矿层自动化开采技术与设备在矿山综采中得到应用，具体应用中，由于不同地区在地质环境、地理位置等方面不同，其影响到整个矿山薄矿层开采安全性与作业效率。对此，需要持续创新与改进薄矿层开采设备，对采矿机程序控制自动割矿技术、支架与采矿机联动技术、自动化信息通讯技术、设备状态监测技术、采矿机割矿远程控制技术等关键性技术加以研究与分析，模拟分析设备的工作状态以及实际应用中遇到的问题，从而从技术角度、设备改造等方面加以调节，通过对开采技术和设备的创新和改进，持续优化矿山综采设备。比如薄矿层自动化开采技术在应用中，割矿时震动较大，容易损坏电气元件，需要探索降低割矿时震动的方法；探索5G 技术在智慧矿山自动化系统中的应用；采用新型技术方法，提高薄矿层自动化开采技术设备中不同传感器的精度与可靠性，这些都有利于促进薄矿层自动化开采技术的发展以及设备创新。

4.2 提升设备维护的信息化水平

积极探索在矿山综采自动化成套技术与装备中可使用的信息技术，如增加摄像系统清晰度，便于设备在矿井下作业中更好的显示各类信息。优化程序设计，增加设备在启动阶段的自检，程序中增加设备运行数据监测结果的反馈等，注重矿山机械电气设备自动化调试技术的应用，做好监测系统、差动保护、监控管理系统等全面调试与分析，保证矿山机械电气设备的平稳运行，提高设备整体运行与维护效果。了解国外技术发展，重视新技术在设备维护自动化中的应用，如矿山电气设备安全运行监控中DCS 系统应用较多，提高整个系统中瓦斯遥感测定、红外线遥控喷雾装备、断电设备、风电闭锁等监控设施的灵敏度，保证监控设备的及时响应，全面监督矿山日常生产安全，间接保证机械这边在作业过程中的运行安全。

4.3 培养高素质专业人才，保证设备日常维护与管理

矿山综采自动化技术与设备在研究中根据技术发展，积极做好高素质、专业性人才的培养，定期对矿山企业相关技术人员、管理人员进行学习。组织技术骨干前往其他矿山企业学习，定期举办技术与管理研讨会等，提升矿山企业整体技术人员的管理能力与技术水平，通过人员的参与提升整个矿山综采自动化技术与设备的日常维护与管理，便于在设备发生故障后快速解决问题，减少对正常作业的影响。

4.4 关注矿山综采自动化技术与设备应用中的环保问题

较多技术在智慧矿山自动化系统中已经得到应用，矿山综采自动化技术与设备在应用以及创新发展中，都需要关注节能降耗要求，体现出技术研发与设备创新的节能环保要求。矿山综采作业过程中需要关注环保问题，综合评估不同技术在矿山开采中对周边环境的影响，依据环评报告，尽可能选择对环境影响较小的矿山综采技术与设备，兼顾企业生产效率与环境保护。不同企业应积极构建科学的绿色矿山综采与建设体系，将更多绿色技术应用到矿区建设与环境保护中，确保相关设备在选择中既要考虑综合开采效率，同时也需要注重生态系统的重建和环境保护，始终牢记生态环境是矿山综采的底线。

5 矿山综采自动化成套技术与装备发展趋势研究

当前，我国矿山综采自动化成套技术与装备取得了创新与发展，但是在实际应用中还存在较多需要解决的问题，未来还需要朝着更多方面发展。从我国实际情况方面分析，我国地域辽阔，不同地区在矿山资源分布、矿藏类型方面有着明显不同，这种情况下矿山综采自动化成套技术与装备发展应充分考虑大多数矿产建设需要，解决不平衡的开采技术问题，重点加大对不同地区一些重难点矿山项目与内容的开采。如薄矿层开采难度大，需要积极加大机械化与自动化研究，保证矿山综采自动化成套技术与装备可同时应对厚矿层与薄矿层开采，促进矿山开采中资源的开采效率，依靠自动化、机械化水平的提高，优化传统矿山开采工艺流程、技术方法，保证落后技术的及时淘汰，推动矿山建设的新发展。

综合考虑现有矿山综采自动化成套技术与装备技术发展情况，将全国各地不同区域矿山划分了不同类型，保证相同类型的矿山具有相同或类似的特点，通过技术改造、设备优化等，使得同一矿山综采自动化成套技术与装备能够与更多矿山建设条件相适应，便于加大对某一方面的技术研发、设备改进等，提升设备的适用范围，避免技术研发、设备改进过程中需要同时进行多点技术研发问题，也能够避免多角度研发造成的资金分散，相对而言，通过专项技术研发可同时满足较多区域的矿山开采工作，其实际研究价值更高。通过在矿山综采自动化成套技术与装备发展中融入现代最新技术，增加人工智能技术的应用，利用现代物联网技术、云服务技术等技术提高矿山开采数字化发展，提升综采效率，推动智能化发展。矿山综采自动化成套技术与装备发展方面，还需要不断总结当前矿山综采技术与设备在应用中的优势与不足，总结落后矿山综采技术缺陷，通过不同先进技术的综合使用，达到优势互补目的，全方位推动智能化矿山综采技术与设备的发展。

6 结语

随着采矿技术与设备的不断发展，矿山综采自动化成套技术与装备在较多矿山企业管理与作业中得到应用，较传统矿山开采技术具有多方面的优势，但同时也需要重视矿山综采自动化成套技术与装备的创新和发展，结合需要解决的相关问题，从多方面入手，持续推动矿山综采自动化成套技术与装备的创新和发展。