王萬(wàn)倉(cāng)，賈韶華

（陜西彬長(zhǎng)文家坡礦業(yè)有限公司，陜西 咸陽(yáng) 713500）

在傳統(tǒng)的采礦工藝下，由于自動(dòng)控制技術(shù)在能源開采行業(yè)發(fā)展及應(yīng)用有限，尤其在綜采自動(dòng)化工作面方面，機(jī)械化早已普及，但是所有的采礦作業(yè)都是由人工操作設(shè)備來(lái)完成，由于礦層分布的復(fù)雜性、作業(yè)環(huán)境的危險(xiǎn)性、工人狀態(tài)的不穩(wěn)定性，使得人工開采過程中常常伴隨著諸多的安全風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重的影響著工人的身體健康以及生命安全，同時(shí)導(dǎo)致采礦效率低下，影響單位的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前，隨著自動(dòng)化、智能化時(shí)代的到來(lái)，各種新型的機(jī)械設(shè)備與自動(dòng)控制逐步被應(yīng)用于采礦作業(yè)中，尤其是自動(dòng)化設(shè)備與技術(shù)在綜采工作面上的應(yīng)用，更是使得采礦作業(yè)實(shí)現(xiàn)了智能化，智能化綜采自動(dòng)化采礦技術(shù)符合當(dāng)前能源開采行業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的要求，為安全、高效開采提供了良好的技術(shù)支持。

1 礦山綜采自動(dòng)化采礦技術(shù)概況

1.1 采礦自動(dòng)化系統(tǒng)組成

圖1 綜采自動(dòng)化技術(shù)控制系統(tǒng)圖

從當(dāng)前綜采自動(dòng)化采礦技術(shù)在礦山開采作業(yè)中的應(yīng)用來(lái)看，自動(dòng)化采礦是智能化系統(tǒng)是核心構(gòu)成，承擔(dān)著重要的控制任務(wù)。在自動(dòng)化采礦系統(tǒng)中的主要構(gòu)成為轉(zhuǎn)載系統(tǒng)與主采機(jī)組，而主采機(jī)組又包含了“刮板輸送機(jī)機(jī)、采礦機(jī)械設(shè)備以及液壓支架”（簡(jiǎn)稱三機(jī)），轉(zhuǎn)載系統(tǒng)中主要為破碎機(jī)與膠帶輸送機(jī)。在整個(gè)綜采自動(dòng)化采礦技術(shù)的應(yīng)用過程中，刮板機(jī)、采礦機(jī)械設(shè)備與液壓支架如何實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)綜采工作面的科學(xué)控制，是綜采工作面自動(dòng)化控制的關(guān)鍵。隨著電液控技術(shù)以及傳感器的發(fā)展，液壓支架自動(dòng)控制技術(shù)已趨于完善，由于井下采械設(shè)備工藝的復(fù)雜性，礦產(chǎn)資源識(shí)別的準(zhǔn)確性不好掌握，采礦機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化發(fā)展緩慢，目前應(yīng)用最多的還是記憶截割技術(shù)。綜采自動(dòng)化采礦技術(shù)下，控制系統(tǒng)如圖1所示[1]。

1.2 智能化采礦技術(shù)的對(duì)比優(yōu)勢(shì)

1.2.1 機(jī)械化水平高，替代人工大部分工作

近年來(lái)，隨著礦山開采作業(yè)中各種新型技術(shù)的應(yīng)用，尤其是綜采自動(dòng)化的廣泛應(yīng)用，使得綜采自動(dòng)化采礦技術(shù)的發(fā)展日益成熟，逐步取代了傳統(tǒng)的人工開采方式，實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)化作業(yè)。相比較而言，綜采自動(dòng)化的突出特征主要體現(xiàn)在通過用自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備來(lái)取代部分人工作業(yè)的方式，來(lái)減少采礦過程中的人力工作量，機(jī)械設(shè)備的引入使得整個(gè)的采礦作業(yè)具有更高的機(jī)械化水平，采礦效率大大提升。自動(dòng)化作業(yè)的過程中，通過自動(dòng)化設(shè)備、系統(tǒng)的應(yīng)用，專業(yè)人員能夠?qū)φ麄€(gè)的采礦作業(yè)開展實(shí)時(shí)的監(jiān)控，一旦出現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)可以自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整與改進(jìn)，使得整個(gè)的采礦作業(yè)更為安全與高效，開采更具精確性[2]。此外，自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用還有配套控制系統(tǒng)，也就是現(xiàn)代控制系統(tǒng)的支持，這一系統(tǒng)使得在采礦作業(yè)中能夠更為精確、高效地開展各種的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)能源開采過程中各種數(shù)據(jù)的整合與利用，使得采礦作業(yè)能夠順利進(jìn)行。機(jī)械化開采為人們對(duì)采礦全過程、全方位的管理提供了便捷，相關(guān)人員能夠根據(jù)實(shí)時(shí)的監(jiān)控與數(shù)據(jù)獲取，來(lái)及時(shí)進(jìn)行采礦作業(yè)中各種異常情況的快速處理，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了安全開采的目標(biāo)，減少了各種安全事故的發(fā)生。

1.2.2 開采效率相對(duì)高，尤其在開采質(zhì)量與速度上

近年來(lái)，技術(shù)的進(jìn)步是綜采自動(dòng)化發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力，在很多礦山開采作業(yè)中，綜采自動(dòng)化取得了良好的應(yīng)用效果，礦產(chǎn)資源產(chǎn)量有所提升。綜采自動(dòng)化技術(shù)下，自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用極為關(guān)鍵，比如，電液控制系統(tǒng)具有一定的自動(dòng)化特征，在采礦作業(yè)中的應(yīng)用能夠充分保障支護(hù)的安全性、開采的高效化，減少人為因素對(duì)開采作業(yè)的不利影響。數(shù)據(jù)采集設(shè)備的應(yīng)用使得在整個(gè)的開采作業(yè)中，隨著開采活動(dòng)的進(jìn)行，該設(shè)備能夠自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性，及時(shí)根據(jù)數(shù)據(jù)的分析情況，來(lái)判斷和掌握開采作業(yè)中的異常情況，進(jìn)而采取相應(yīng)的控制措施。綜采自動(dòng)化技術(shù)下，遠(yuǎn)程控制功能能夠得以實(shí)現(xiàn)，這種控制方式突破了傳統(tǒng)的空間與時(shí)間限制，體現(xiàn)了一定的智能化特征[3]。當(dāng)綜采自動(dòng)化的某些設(shè)備在獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息以后，能夠?qū)@些數(shù)據(jù)加以基礎(chǔ)的處理，針對(duì)質(zhì)地的差異性，控制系統(tǒng)還可以自動(dòng)來(lái)進(jìn)行切割速度的控制，避免了人工操作誤差的不利影響，使得礦產(chǎn)資源的利用率有所提升[4]。開采作業(yè)中如果出現(xiàn)了安全風(fēng)險(xiǎn)、異常故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立即啟動(dòng)故障識(shí)別與預(yù)警模塊，來(lái)進(jìn)行相應(yīng)問題的反饋，控制故障損失。

2 綜采自動(dòng)化系統(tǒng)的控制要求

礦山開采作業(yè)中，綜采工作面是利用綜采自動(dòng)化采礦技術(shù)的重要陣地，在此工作面上，礦層分布相對(duì)特殊，作業(yè)工作面的環(huán)境具有多變性、復(fù)雜性，為保障礦產(chǎn)資源的有效開采與利用，包含的生產(chǎn)工序與流程較多，只有具有自動(dòng)化控制的功能，才能夠使得開采作業(yè)穩(wěn)定進(jìn)行。綜采工作面的生產(chǎn)任務(wù)需實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與就地控制的結(jié)合、就地分部開車與檢修開車的結(jié)合。一些控制模塊即使處于地面，也能夠?qū)伦鳂I(yè)的各個(gè)要素開展更為全面的控制，比如，對(duì)一些綜采設(shè)備、開關(guān)、泵站等應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化控制。綜采自動(dòng)化開采出現(xiàn)故障診斷要求在控制系統(tǒng)中要具有相應(yīng)的故障識(shí)別、視頻監(jiān)控模塊，及時(shí)進(jìn)行故障原因的分析、位置的鎖定。

3 綜采工作面智能化采礦技術(shù)的影響因素

3.1 觀念因素

在綜采工作面智能化采礦技術(shù)的應(yīng)用過程中，如果要充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，就必須要充分具備極強(qiáng)的技術(shù)創(chuàng)新理念，不論是技術(shù)還是設(shè)備，通過一定時(shí)間的研究，堅(jiān)定信念就一定能夠達(dá)到良好的技術(shù)創(chuàng)新效果。因此，在很多時(shí)候，綜采工作面智能化采礦技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用會(huì)受限于人的觀念，如果人的觀念相對(duì)落后，缺乏創(chuàng)新意識(shí)，不僅會(huì)影響技術(shù)發(fā)展，還會(huì)影響礦企的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 技術(shù)因素

綜采工作面智能化技術(shù)的發(fā)展不僅對(duì)設(shè)備有著極高的要求，還需要保障技術(shù)的先進(jìn)性，尤其是要有智能化技術(shù)的支持?，F(xiàn)階段，我國(guó)綜采智能化采礦技術(shù)雖然取得了良好的發(fā)展效果，但是，在實(shí)際的發(fā)展過程中，一些礦企受限于技術(shù)發(fā)展，智能化采礦技術(shù)并未完全實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用，雖然一些簡(jiǎn)單的作業(yè)環(huán)節(jié)能夠應(yīng)用智能化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，一些相對(duì)復(fù)雜的環(huán)境狀態(tài)下缺乏綜采智能化采礦技術(shù)的支持

3.3 環(huán)境因素

礦山進(jìn)行開采作業(yè)的環(huán)境條件具有復(fù)雜性與多變性，在實(shí)際的工作過程中，可能會(huì)存在諸多的安全威脅，環(huán)境因素、安全隱患在一些條件下會(huì)影響綜采工作面智能化采礦技術(shù)的應(yīng)用?，F(xiàn)階段，隨著綜采智能化采礦技術(shù)的快速發(fā)展，一些技術(shù)日益成熟，越來(lái)越能夠抵御環(huán)境對(duì)技術(shù)應(yīng)用所造成的不利影響，也就克服了綜采智能化采礦技術(shù)應(yīng)用中環(huán)境因素的限制，能夠提高采礦的整體效率與質(zhì)量。

4 綜采自動(dòng)化采礦技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

4.1 應(yīng)用于采礦機(jī)械設(shè)備控制中

綜采自動(dòng)化采礦技術(shù)下，采礦機(jī)械設(shè)備是核心設(shè)備，其有效應(yīng)用取代了傳統(tǒng)的人工開采作業(yè)，使得在整個(gè)的采礦過程中，機(jī)械化采礦目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，開采效率大大提高。在采礦機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行過程中，在已有設(shè)定參數(shù)的基礎(chǔ)上穩(wěn)定運(yùn)行，保障開采作業(yè)的高效開展，在采礦機(jī)械設(shè)備運(yùn)行與開采的過程中，現(xiàn)場(chǎng)人員發(fā)揮著重要的輔助作用。采礦機(jī)械設(shè)備運(yùn)行下的主要控制對(duì)象是牽引機(jī)與滾筒機(jī)，在實(shí)際的采礦中，為使得采礦作業(yè)能夠高效進(jìn)行，需結(jié)合礦井工作環(huán)境的具體情況，使得控制方式的選擇更為合理。自動(dòng)化控制的體現(xiàn)主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）曲首刀控制。綜采自動(dòng)化技術(shù)下，從多個(gè)角度來(lái)對(duì)綜采自動(dòng)化設(shè)備參數(shù)加以分析、控制與處理，使得在參數(shù)盡量正確，保障采礦機(jī)械設(shè)備的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)[5]。為了減少采礦機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中的各種故障，維持其最佳的運(yùn)行狀態(tài)，必須要重視開采礦產(chǎn)資源數(shù)量的控制。通常情況下，開采量大于實(shí)際尺寸最為合適，能夠保障采礦工作的安全、高效進(jìn)行。

（2）采礦機(jī)械設(shè)備運(yùn)行控制。在運(yùn)行過程中，記憶開采數(shù)量實(shí)現(xiàn)體現(xiàn)了自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使得能源開采的各個(gè)環(huán)節(jié)得以順利完成。

4.2 應(yīng)用于供液系統(tǒng)

智能集成供液系統(tǒng)由泵站、電磁卸載、智能控制、變頻控制、乳化液自動(dòng)配比、多級(jí)過濾等組成，是綜采工作面支架液壓系統(tǒng)供液的動(dòng)力，為綜采工作面提供恒壓、清潔、配比穩(wěn)定的高質(zhì)量乳化液，是礦山智能化綜采工作面自動(dòng)化后備保障系統(tǒng)。

4.3 應(yīng)用于液壓支架控制中

在綜采自動(dòng)化技術(shù)下，工作面的支撐是由液壓支架來(lái)完成的，控制支架工作的核心是電液控制系統(tǒng)，它由電液控?fù)Q向閥、控制器以及傳感器組成，液壓支架電液控制系統(tǒng)是對(duì)液壓支架實(shí)施多功能、高效率、自動(dòng)化控制的成套設(shè)備，能夠有效提高液壓支架的動(dòng)作速度，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，確保生產(chǎn)安全。接入礦企信息化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)井上下綜采設(shè)備信息的實(shí)時(shí)共享和分析，為科學(xué)生產(chǎn)管理和決策提供有力保障。

4.4 綜采工作面自動(dòng)化控制系統(tǒng)

綜采工作面自動(dòng)化控制系統(tǒng)，在綜采工作面單機(jī)設(shè)備自動(dòng)化基礎(chǔ)上，建立一套以監(jiān)控中心為核心，工作面視頻、以太網(wǎng)、音頻、遠(yuǎn)控為基礎(chǔ)的集中自動(dòng)化控制系統(tǒng)。采用擬人手法，把人的視覺、聽覺延伸到工作面，將工人從危險(xiǎn)的工作面采場(chǎng)解放到相對(duì)安全的順槽監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)在順槽監(jiān)控中心對(duì)液壓支架、采礦機(jī)械設(shè)備、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、順槽膠帶機(jī)、泵站、開關(guān)等綜采設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，達(dá)到工作面“無(wú)人化”開采的目的。

5 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，礦山開采逐步改變了傳統(tǒng)粗放型的發(fā)展路線，積極進(jìn)行了技術(shù)革新與改進(jìn)，以適應(yīng)能源開采行業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的要求。彬長(zhǎng)礦區(qū)充分發(fā)揮新技術(shù)、新裝備、新工藝對(duì)安全生產(chǎn)重要支撐作用，加快裝備升級(jí)和自動(dòng)化改造，真正實(shí)現(xiàn)機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人，對(duì)于提高生產(chǎn)效率與質(zhì)量具有重要的意義，能夠?yàn)榈V企創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)利益[6]。