地下礦床自動(dòng)開采技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展

吳大川 陳海軍 滕海濤

(河北鋼鐵集團(tuán)灤縣常峪鐵礦有限公司,河北唐山 063700)

地下礦床自動(dòng)開采技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展

吳大川 陳海軍 滕海濤

(河北鋼鐵集團(tuán)灤縣常峪鐵礦有限公司,河北唐山 063700)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步,我國生產(chǎn)力水平不斷提高,而礦產(chǎn)資源的開采和利用對(duì)我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有至關(guān)重要的意義,地下金屬礦床自動(dòng)開采和無人開采技術(shù)對(duì)于礦產(chǎn)的開采具有極大的推動(dòng)作用,在此背景下,本文總結(jié)了當(dāng)前國內(nèi)外金屬礦床地下自動(dòng)開采技術(shù)的現(xiàn)狀,并指出未來發(fā)展方向。

地下礦床 自動(dòng)開采 技術(shù) 現(xiàn)狀 發(fā)展

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生產(chǎn)力水平的不斷提高,全面保障礦產(chǎn)資源開采施工安全,提高礦產(chǎn)資源開采效率已經(jīng)成為我國未來礦業(yè)開采領(lǐng)域的工作者的愿景。未來地下采礦將全面實(shí)現(xiàn)無人自動(dòng)開采,而工作人員只需要在地面或其他安全場(chǎng)所進(jìn)行遙控和指揮即可,具體的開采工作將全部由智能化、自動(dòng)化程度相當(dāng)高的機(jī)械設(shè)備來完成。而事實(shí)上,無軌自動(dòng)開采設(shè)備作為金屬礦床地下自動(dòng)開采技術(shù)的核心技術(shù),已經(jīng)在采礦工業(yè)領(lǐng)域有了數(shù)十年的發(fā)展。例如早在上世紀(jì)80年代后期,加拿大諾蘭達(dá)技術(shù)中心就已經(jīng)為金屬礦床地下開采技術(shù)進(jìn)行了開發(fā)和研究,并取得了一系列的成果,例如鏟運(yùn)機(jī)(LHD)及其自動(dòng)行走系統(tǒng)、卡車光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)等,這些技術(shù)在礦產(chǎn)開采中的應(yīng)用極大的提高了礦產(chǎn)開采的效率,產(chǎn)量增量一度達(dá)到70%~80%。而在我國的一些采礦企業(yè)中也已經(jīng)采用了一些先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備,例如遙控鑿巖臺(tái)車的應(yīng)用,可有效避免在穿孔作業(yè)過程中工作人員受到的高強(qiáng)度噪音的危害等。此外,我國國家科技部在“十一五”期間,已經(jīng)將地下無人自動(dòng)采礦技術(shù)列為863計(jì)劃的科研攻關(guān)課題之一,由此也可看出國家對(duì)于礦產(chǎn)開采技術(shù)的重視。

2 地下礦床自動(dòng)開采技術(shù)基礎(chǔ)

總體來說,目前國內(nèi)外的無人化自動(dòng)開采技術(shù)還處于一個(gè)初級(jí)的發(fā)展階段,主要以礦山無人采礦為主,這一發(fā)展階段中,主要的技術(shù)核心仍為以數(shù)據(jù)采集及其監(jiān)控技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)和采礦設(shè)備遙控技術(shù)等為主體的自動(dòng)采礦技術(shù),而未來地下自動(dòng)采礦技術(shù)的發(fā)展,必須對(duì)采礦工藝設(shè)計(jì)及巷道布置等方面有所突破,總體來說地下礦床自動(dòng)開采技術(shù)基礎(chǔ)主要包括以下幾點(diǎn)。

2.1 檢測(cè)監(jiān)控及傳感技術(shù)

礦井下的環(huán)境因素主要包括如下幾點(diǎn),例如濕度、溫度、地壓和空氣成份等,這些環(huán)境因素對(duì)于采礦作業(yè)的進(jìn)行均有著不同程度的影響,故必須采取一些設(shè)備對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控和檢測(cè)。此外還需發(fā)展一些定位和導(dǎo)航技術(shù)及參數(shù)即時(shí)分析技術(shù)來對(duì)礦場(chǎng)的礦巖進(jìn)行分析,對(duì)有用礦物的分布情況進(jìn)行分析等。

2.2 采礦設(shè)備智能化遙控技術(shù)

鏟運(yùn)機(jī)、鑿巖臺(tái)車、卡車等機(jī)械設(shè)備是采礦的主要設(shè)備,地下無人自動(dòng)采礦技術(shù)如要有所發(fā)展,必須從上述設(shè)備的自動(dòng)化程度入手,使其在井下可以自動(dòng)完成采場(chǎng)定位、爆破穿孔、裝運(yùn)和卸載等,從而避免人工作業(yè)的潛在危害,還可以提高開采效率。

2.3 地下自動(dòng)采礦新工藝

采礦裝備技術(shù)的發(fā)展很大程度上受采礦工藝的發(fā)展影響,所以研究和開發(fā)新的自動(dòng)采礦工藝技術(shù)對(duì)促進(jìn)地下自動(dòng)開采技術(shù)的進(jìn)步十分重要。例如在一些特定地下圍巖條件下,傳統(tǒng)采礦工藝具有一定局限性,故研究并采用了無底柱分段崩落采礦新工藝,該項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和廣泛的應(yīng)用是在采礦設(shè)備技術(shù)水平提高的基礎(chǔ)上的,無底柱分段崩落采礦后因環(huán)境問題而被淘汰,目前又逐漸被新的采礦工藝所取代,如深孔爆破分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法。所以,采礦自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展必然會(huì)促進(jìn)采礦工藝的發(fā)展和創(chuàng)新,例如井巷布置、采礦規(guī)劃及設(shè)計(jì)、井下供電照明通風(fēng)等輔助技術(shù)的運(yùn)行管理等技術(shù)都需要進(jìn)一步的探索和研究。

3 地下礦床自動(dòng)開采技術(shù)的發(fā)展

未來我國地下礦床自動(dòng)開采技術(shù)的發(fā)展主要從以下幾個(gè)方面展開。

3.1 企業(yè)主導(dǎo)的技術(shù)創(chuàng)新

一些大型與礦產(chǎn)資源開發(fā)有關(guān)的研究院所要和國有礦產(chǎn)資源開發(fā)企業(yè)通力合作,在國家中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃過程中,重點(diǎn)建設(shè)一些礦產(chǎn)資源開發(fā)領(lǐng)域的研究技術(shù)中心或者重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等,然后充分發(fā)揮科研院所和大型國企各自的優(yōu)勢(shì),將地下自動(dòng)采礦技術(shù)作為重點(diǎn)攻關(guān)的方向之一,然后對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性的研究和探索及應(yīng)用和實(shí)踐,在技術(shù)創(chuàng)新過程中,要充分了解礦業(yè)企業(yè)的實(shí)際需要,同時(shí)還應(yīng)充分了解或引進(jìn)國外已有的先進(jìn)技術(shù),然后開發(fā)具有自主產(chǎn)權(quán)的自動(dòng)采礦技術(shù)和裝備,提高科研院所的自主創(chuàng)新能力,同時(shí)也可提高礦業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)力。

3.2 高校建設(shè)相關(guān)學(xué)科和人才體系

高等院校作為國家科學(xué)研究領(lǐng)域的主導(dǎo)力量,尤其是一些科學(xué)研究能力強(qiáng)且具有礦業(yè)背景的院校,要尤其加強(qiáng)對(duì)自動(dòng)采礦學(xué)科的研究,并建立相應(yīng)的學(xué)科體系,在國家高新科技計(jì)劃例如“973”計(jì)劃、“863”計(jì)劃等科研項(xiàng)目的資金支持下,大力研究地下自動(dòng)采礦技術(shù),同時(shí)應(yīng)注意產(chǎn)學(xué)結(jié)合,還要建立全面的系統(tǒng)化的地下自動(dòng)采礦技術(shù)研究人才體系,為我國自動(dòng)采礦技術(shù)的發(fā)展起到推動(dòng)作用。

3.3 重視學(xué)科間的交叉融合

任何一項(xiàng)科學(xué)技術(shù)都不能獨(dú)立的發(fā)展和進(jìn)步,自動(dòng)采礦技術(shù)也是如此,在其發(fā)展過程中,要尤其注意與其他學(xué)科技術(shù)的相互融合和促進(jìn),重視學(xué)科間的交叉領(lǐng)域,例如與傳感、通信、自動(dòng)化、機(jī)械制造和采礦工藝等學(xué)科的相互配合,還要關(guān)注自動(dòng)采礦與數(shù)字礦山技術(shù)和連續(xù)采礦等直接相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)系等。

4 結(jié)語

經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步對(duì)我國工業(yè)生產(chǎn)的效率有了更高的要求,而大力發(fā)展和研究地下礦產(chǎn)自動(dòng)開采技術(shù)對(duì)于采礦業(yè)的高速發(fā)展具有至關(guān)重要的意義。本文總結(jié)了當(dāng)前國內(nèi)外金屬礦床地下自動(dòng)開采技術(shù)的現(xiàn)狀,然后分析了當(dāng)前我國發(fā)展地下無人自動(dòng)采礦技術(shù)所需的技術(shù)基礎(chǔ),最后指出了未來的發(fā)展方向。總而言之,未來我國必將全面實(shí)現(xiàn)地下礦床的無人自動(dòng)開采,達(dá)到國際先進(jìn)水平。

[1]李仲學(xué),李翠平,劉雙躍.金屬礦床地下自動(dòng)開采的前沿技術(shù)及其發(fā)展途徑[J].中國工程科學(xué),2007,9(11)：16-20.

[2]石磊.地下采礦運(yùn)載設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)[J].世界有色金屬,2008 (7)：76-79.

[3]李顯靖.逐步實(shí)現(xiàn)地下礦山全盤自動(dòng)化[J].國外金屬礦山,1995,10：014.