[非煤矿山机械设备大型化与智能化发展趋势研究] 矿山未来发展趋势

　　【摘要】随着机械设备制造工艺和研究的不断进步，应用于矿山实际生产的机械设备也取得了日新月异的发展。在我国新世纪探索工业化、信息化的道路上，对资源开采技术及设备提出了发展要求，故发展矿山机械设备作为推动采矿技术革新的重要力量正面临着重大考验。本文对比国内外矿山机械设备的特点和差距，探讨矿山机械设备的大型化和智能化发展趋势。
　　【关键词】非煤矿山机械　发展趋势　大型化
　　智能化
　　一、前言
　　从世界范围来看，瑞典的基律纳铁矿和加拿大国际镍公司的矿山是两个依靠采矿装备进步来提高采矿效率和促进矿山稳步发展的典型代表。以基律纳铁矿为例，尽管长期开采使得该矿的开采条件逐渐变差，但其年生产能力一直维持在千万吨以上，其中虽有管理水平的因素，但装备和采矿技术的进步是最基本和最重要的因素。在1983年，基律纳铁矿分段崩落法的分段高度为12m，使用阿特拉斯-科普柯(Atllas Copco)公司钻孔直径57mm的Simba 323型风动凿岩台车钻孔、8t斗容的Cat980型柴油装载机装载。目前分段崩落高度己增加到30m，钻孔主要用重型液压凿岩机或潜孔液压钻机，钻孔直径115mm，85％的矿量采用斗容为15～25f的电动装载机装载，装载作业也由每周5个工作日改为7天，有些采区还采用夜班工作制。在我国，凡口铅锌矿和金川公司是两个依靠装备进步、改进采矿技术与工艺来提高生产效率的典型地下金属矿山。
　　近30年来，地下矿山依靠装备进步，使生产效率提高了3～5倍或更高。目前，人们又在努力研制和开发适合连续开采的采矿装备，以期进一步提高采矿效率。在露天矿，依靠装备进步改进生产工艺、提高经济效益、扩大开采边界的效果更为明显。
　　纵观采矿技术的发展，可以看到矿山机械的革新是源动力，因此大力发展矿山机械设备是目前国内矿山生产规模化发展的重要保障。本文从矿山机械设备发展趋势入手，重点分析矿山机械大型化和智能化的意义，对国内矿山机械发展进行探讨。
　　三、矿山机械大型化发展趋势
　　近20多年来，采矿设备大型化的趋势十分明显，特别是没有作业空间限制的露天矿设备，工作质量达数百上千吨、乃至数千吨的设备种类繁多。例如P&H 5700XPA型电铲的工作重量达1500多吨，最大电机功率近4000kW；RH400型液压挖掘机的工作重量达800吨，柴油机功率2500kW；L－1800轮式装载机的工作重量217吨，柴油机功率近1492kw；Cat797型矿用汽车的工作重量达558吨(满载)，功率2404kW：T282型矿用汽车的工作重量为528吨(满载)，功率2000kW；而小时生产能力为10000吨的大型可移动(或全移动)破碎站的重量达2000吨以上，配备动力2000多kW。
　　与此同时，地下矿采矿设备也悄然变得越来越大。例如，在20世纪80年代，常用铲运机的装载质量一般为6～10t，斗容0.4～1.0m3、装载质量1～2t的铲运机也在一些矿山得到应用；而现在大型地下矿常用铲运机的装载质量一般为15～20f，装载质量25f的Toro 2500型铲运机、Bison电动铲运机及更大的Toro2500E型铲运机也在矿山获得实际应用。常用井下运输汽车的基本吨位已从20～30t提高到50f，最近Tamrock公司又推出了Super系列井下运输汽车，其中的Super 0012H型载重可达100～120f。钻孔深度可达60m以上的Simba W469型凿岩台车，已使得基律纳铁矿分段崩落法的分段高度从12m提高到近30m。
　　矿山主要机械作为引领采矿技术革新的主要力量，其发展趋势分析具有重要意义：
　　1　钻孔设备
　　目前，由长沙矿山研究院与衡阳有色冶金机械总厂研制的YZ-55型牙轮钻机，其钻孔孔径为280～380mm，在结构参数和技术性能方面已经赶超美国60RⅢ型牙轮钻机。由宣化采掘机械厂和长沙矿山研究院研制的SC－165E型和CBH一10型潜孔钻机，已将气压提高到1.6～1.8Mpa，并实现自动作业、故障自诊断、误动作保护及远程监控管理。从矿山钻孔设备设计研发阶段来说，国内技术已经基本能够与国际先进水平接轨。
　　从国内矿山企业运用矿山机械设备的现状来看，大多数露天矿山已基本实现潜孔钻穿孔进行中深孔爆破和机械铲装等机械化采矿，但地下矿山特别是矿体赋存较薄的矿山仍主要采用手风钻进行浅孔留矿开采方式。无论从我国露天开采还是地下开采钻孔设备的现状来看，仍然和先进水平有所差距，这种差距更多的是来自于国内矿山未使用与之相匹配的更为先进的采矿方法。
　　可以说矿山钻孔设备的发展应该向着机械设备大型化、自动化和精度化的趋势逐步发展，并逐步使用与之相匹配的采矿方法。
　　2　装运设备
　　矿山装运设备包括铲装和运输设备，露天开采和地下开采的装运设备从发展对比来看，露天矿山装运设备的更新与发展取得了更为长足的进步，地下矿山主要是受限于地下运输巷道的尺寸大小和囤岩岩性等。
　　从大型露天矿装运设备研发看来，太重集团成功地研制出了WK-55型矿用机械正铲，斗容为55m3；由北方重汽公司研制的MT5500型电动轮矿用卡车，额定载重量为326t。但此类装运仅在国内特大型露天矿山有可能见到，中小型露天矿山仍采用4-10m3的电铲和20-50t的自卸矿车。
　　铲运机、井下自卸汽车和电机车(柴油机车)是地下开采主要的装运设备，目前国内许多地下矿山仍采用有轨运输，在一定程度上限制了运输效率。在采矿业发达的国家，如瑞典、加拿大、美国、德国、芬兰等，地下矿山已广泛推广应用无轨化采矿技术。这些国家使用铲运机、井下矿用自卸汽车等井下无轨运输设备的出矿量已占总出矿量的80％～85％。一般来说，日产1000～3000t的地下矿采用20～35t矿用汽车，日产15000～40000t则采用45～60t的汽车，20t以下的井下矿用自卸汽车则很少采用。
　　地下无轨运输方式的优势现已逐步吸引了绝大多数国内矿山企业(特别是大中型矿山企业)的目光，可以说无轨运输会逐步取代有轨运输成为国内地下矿山运输方式的主流，同时与之相适应的大型井下装运设备也呼之欲出。四、矿山机械设备智能化发展趋势
　　在“数字化”、“智能化”己成为知识经济重要标志的21世纪，在采矿设备向着大型化发展的同时，随着卫星无线通讯技术和微电子技术的飞速发展，采矿设备在开发和应用方面也逐步开始了自动化和智能化的进程。可以说，目前采矿设备的自动化和智能化已经取得了实质性的进步，无论在露天矿还是在地下矿，无人驾 驶程式化控制和集中控制的采矿设备，已经进入实际研发与应用阶段。在今后的20年里，完善的自动化和信息技术将会在采矿设备得到更广泛的应用，也将会在一定程度上改变采矿方法和提高采矿技术水平。
　　信息、定位、通讯和自动化技术的迅速发展和应用，深刻地影响和改变着传统的采矿工艺，无人工作面、遥控采矿甚至是无人矿井等已在瑞典、加拿大、美国、澳大利亚等矿业发达国成为现实。加拿大INCO公司通过地下通讯、地下定位与导航、信息快速处理及过程监控系统，实现了对地下开采装备乃至整个矿山开采系统的遥控操作。在当前自动化程度最高的加拿大国际镍公司斯托比矿，除固定设备已实现自动化外，铲运机、凿岩台车、井下汽车全部实现了无人驾驶，工人只需在地面遥控这些设备，就可以保证采矿工作顺利进行。我国也正在朝这方面发展，自动化调度系统、采矿设备的自动化控制、智能化全球定位系统等现代技术也已在一些矿山得到推广应用，并取得了很好效果。但总体水平同国外发达国家相比，差距还很大。
　　学习国外先进经验，努力实现我国采矿工艺与采矿设备智能化，提高矿山安全生产度和劳动效率。首先，加快建立矿山设备智能化体系，结合运用网络、相关软件、矿山数据和模型及调度优化和全球卫星定位系统(GPS)技术，构成了矿山生产智能化采矿系统；其次，逐步发展智能采矿机器人系统技术，使采矿机器人进行开采过程的联合作业，形成矿山开采作业完整体系。
　　矿山的数字化、智能化的研究将以单台设备的遥控化和智能化为基础，逐步发展形成矿山系统的智能化。尽管目前人们对数字化、智能化在中国矿山的实现还心存疑虑，但国外有些矿山已在这些方面取得了很大进展并凸显出了经营优势，我相信不久的将来数字化矿山将会在冶金矿山变为现实。
　　五、结论
　　本文通过对比国内外矿山机械设备的特点及差距，指出矿山机械发展的大型化和智能化发展趋势，并详细分析矿山机械大型化和智能化的关键点，初步探索了我国矿山机械设备的发展之路。本文主要观点：第一，应加快露天牙轮钻机、地下铲运机、井下钻机和井下矿用自卸汽车等主要矿山机械设备大型化的研发制造及投入应用；第二，应逐步构建及形成矿山生产智能化采矿系统，并加快发展智能采矿机器人系统技术，最终实现智能采矿技术。