鈣芒硝礦山生產機械化自動化發展趨勢的思考

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

礦山作業機械化與自動化是生產力，是效率，也是效益，這已被許多有遠見的礦山企業領導者所認識。目前，雖然大多數礦山企業生產采用手工作業，人海戰術，是由中國國情所決定，但它嚴重制約著礦山的發展，尤其是大中型礦山的技術水平與經營效益的提高。

2 鈣芒硝礦山的現狀

2.1 巷道的施工掘進

鈣芒硝礦山的巷道掘進作為開采環節中的先行重要環節，普遍采用炮掘的方式進行巷道掘進即通過鑿巖機鉆眼，裝填炸藥爆破，鏟運機裝礦和1m2固定式礦車運礦的方式進行。該模式在鈣芒硝礦山中使用較多，但存在作業循環時間長，效率不高的特性。并且在作業過程中，由于爆破的影響會破壞周圍巖石的應力，經常發生一些頂板事故，給安全生產帶來一定的壓力。

2.2 采場及中段運輸

主要采用有軌運輸方式進行的，采區內通過絞車的提升運輸，將空礦車送至裝載點，鏟運機將礦渣鏟入礦車后，通過絞車運出采區，然后送至集中運輸的中段運輸大巷。而中段運輸是通過電機車牽引的方式，將裝有礦石的1m3固定式礦車送到主運輸車場然后再送至地面排土場。

2.3 礦井主提升運輸

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

2.4 人員老齡化趨勢嚴重

目前，礦山的一線從業人員年齡普遍偏大，就筆者所在礦山從事一線生產的人員的平均年齡在50歲左右，全礦山280余人，年齡結構占比：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人員越來越少，尤其是現在的年輕人幾乎都不愿意從事井下作業。

3 礦業裝備未來發展趨勢

3.1 采礦機械化、自動化

采用大型礦實現數字化采礦系統，在大型礦山采用井下信息采集與高帶寬無線通信、精確定位與智能導航、空區三維激光掃描測量、智能爆破、智能調度與控制等技術，應用自動化的采掘鑿巖臺車、裝藥車、鏟運機、地下運礦卡車、多功能輔助臺車等裝備與充填自動化系統，實現鑿巖、裝藥、出礦、運搬、充填等生產工藝的機械化、自動化、連續化，減少作業人員50%以上。

3.2 中小型回采機械化

在中小型礦山采用低矮式鑿巖臺車、裝藥器、撬毛臺車、小型鏟運機、液壓支柱、小型多功能服務車、小型移動式充填設備，代替手持鑿巖、人工裝藥、人工撬毛、人工出礦、人工倒運廢石充填，實現中小型礦山回采機械化，減少作業人員50%以上。

3.3 掘支機械化

大中型礦山掘支機械化，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、噴錨網聯合支護等技術，應用掘進臺車、天井鉆機、裝藥車、扒渣機、錨索錨桿臺車、噴射混凝土臺車等裝備，實現鑿巖、裝藥、出渣、支護等掘支工藝機械化，減少作業人員40%以上。

3.4 小型掘支半機械化

在小型礦山應用小型單臂掘進鑿巖臺車、扒渣機、液壓支柱、噴漿機，代替手持鑿巖設備、人工出渣、人工支護，實現小型礦山掘支半機械化，減少作業人員30%以上。

3.5 運輸系統無人化、機械化

大中型無人有軌運輸系統。在大中型礦山，通過采用電機車遠程遙控、有軌運輸智能化調度與控制、視頻無線傳輸、信集閉監控等技術，應用具有遠程遙控或全自動無人駕駛功能的有軌運輸電機車，結合自動放礦、溜井料位監測、自動化稱重計量等配套手段，代替人工駕駛機車、人工放礦等工藝技術與裝備，實現井下有軌運輸系統無人操作，減少作業人員50%以上。

3.6 小型機械化運輸系統

針對小型，通過采用小型鏟運機、無軌或有軌車輛實現機械化運輸系統，代替人工運輸，減少作業人員50%以上[1]。

3.7 井下大型固定設施無人值守系統

用智能監測與自動控制技術，應用集智能電網管理、排水智能監控、變頻伺服按需通風控制、提升系統管控、礦井中央集控平臺等為一體的礦井無人值守系統，代替人工井下現場值守，實現中央變電所、水泵房、風機站、空壓機房、皮帶運輸巷等場所的無人值守，減少作業人員60%以上。

首先，中國機械制造業近年來突飛猛進的發展，奠定了很好的基礎，礦山開采設備，也逐步從半機械化過渡到機械化、自動化等。

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

未來礦山發展趨勢是往機械化、自動化、信息化、智能化方向發展，首先要實現的是礦山的機械化，逐步轉為自動化、信息化，才能夠實現智能化。

最后，國家對安全生產監控更為嚴格，加之近期發生的一系列安全事故，以后會以本質安全為原則，逐步淘汰落后的、風險大的作業方式與工藝。

4 鈣芒硝礦機械化的思考

4.1 巷道掘進機械化

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

4.2 運輸機械化和自動化

芒硝礦運輸方式：溶區運輸、水平中段運輸、下山集中運輸、上山集中運輸和運輸斜井。將運輸斜井和上、下山集中運輸采用礦用膠帶運輸代替1m3固定式礦車串車運輸，并且將其改為無人值守，遠程操控，實現井下膠帶運輸無人化作業；為配套綜合掘進機工藝，溶區運輸、水平中段運輸采用無軌礦用汽車運輸，實現一次掘進機作業面直接運輸至中段水平運輸巷道原料倉內，運速快、運輸能力大，從而可大量節省輔助運輸人員和提高運輸效率[2]。

4.3 產品硝水自動調配控制

實現鈣芒硝礦內各溶區進水和抽水自動化控制；礦山所有溶區內硝水量、硝水濃度掌控；實現個溶區內硝水智能化調配；降低勞動定員。

主要工作原理為控制系統通過在線濃度計信號的測量調節出口電動調節閥，調節出口流量。進口通過排空流量開關，達到條件后關閉進口開關閥。

每個溶區的產品硝水自動控制系統由控制系統和控制閥兩個部分組成。本次設計采用plc控制系統。控制閥主要有一次閥、電動開關閥、電動調節閥、電磁流量計等（見圖1）。

圖1 plc控制系統

4.4 主要設備自動化

生產監控和自動化系統建立在信息與自動化系統基礎上，生產監控及自動化平臺采用C/S架構，通過工業以太環網構建的信息傳輸通道統一接入通風自動化、排水自動化、運輸自動化，并進行相應的通風集控組態設計、排水集控組態設計、壓風集控組態設計、運輸集控組態設計，通過布置的生產控制操作員站，由生產控制操作員實現在調度指揮中心統一對生產系統進行集控，實現管控一體化。生產監控和自動化控制網絡通過防火墻、網閘與信息管理系統相連，便于各級管理部門隨時了解安全、生產等信息。

生產監控和自動化系統擬由下列子系統組成：壓風機監控系統、工業視頻監控系統、帶式輸送機監控系統、排水監控系統、通風機監控系統等，可實現水泵房、壓風機房、通風機房各系統監測量。

生產監控和自動化系統采用工業以太網作為網絡平臺，各生產監控和自動化子系統分別采用現場總線的傳輸方式，通過地面環網交換機、井下環網交換機接入。

隨著自動化和信息技術的飛速發展，監控中心對信息顯示的要求越來越高，其中大屏幕顯示系統作為集中信息顯示的交流平臺，可以將各種監控系統的計算機圖、文信息和視頻信號等進行集中顯示，在實時調度、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，可以實時觀測自動化系統的各種信息，包括安全生產監測系統、各個生產監控子系統、實時工業視頻監控信號、各種管理信息系統數據、各種歷史數據圖像以及電腦、電視、實物投影儀、DVD等信號源的信息和計算機網絡信息等多種信息，可隨時對各種現場信號和各類計算機圖文信號進行多畫面顯示和分析，及時作出判斷和處理，發布調度指令，實現實時監控和集中調度的目的[3]。

5 結語

機械化與自動化屬于科學技術，而科學技術又是第一生產力，所以，提高礦山作業機械化與自動化水平，不但是一個礦山生產力是否發展與提高的問題，也是關系到該企業乃至全社會是否發展與提高的大問題。只有從中高度認識問題，才能把此項工作抓好。