智能化装备在露天煤矿采矿中的应用与效能分析

引言

露天煤矿的采矿作业呈现出作业环境错综复杂、劳动强度极大、安全风险较高的特性，以往的传统生产模式难以契合现代矿业高质量发展的需求。智能化装备借助集成传感器、物联网、人工智能等技术，达成采矿过程的自动化、精准化以及远程化，成为提升露天煤矿生产水准的关键要素。针对智能化装备的应用场景及其效能展开研究，对于推动露天煤矿实施智能化改造、提升资源开发利用的效率具备重要的价值，可以为矿业的转型升级提供实际的参考依据。

1 露天煤矿采矿智能化装备的技术特征

1.1 自动化控制能力

智能化的装备拥有自主或者半自主开展作业的能力，借助搭载的自动控制系统达成对设备动作的精确调节与控制。具备的自动化控制能力可以让装备于复杂的环境中维持稳定的作业精准度，减少对于人工技能依赖[1]。

1.2 智能感知与决策功能

装备集成多种不同类型的传感器，可以在实时状态下采集作业环境数据，然后借助边缘计算或者云端平台开展数据的处理以及分析工作，形成决策指令。例如，智能爆破设备 据岩石的坚硬程度、地质的具体结构数据对装药量以及起爆参数加以优化；智能铲运设备可以利用物料识别的相关技术判断矿岩的属性情况，达成精准装载的目的。智能感知以及决策的功能，使装备可以适应环境的变化情况，增强作业的科学合理性。

1.3 互联互通与协同作业

智能化的装备凭借工业互联网搭建通信网络，达成设备间、设备与控制中心间的数据分享以及协同配合。例如，采装的设备与运输的设备可以实时传送装载量、位置等信息，使运输路线与调度方案得到优化；控制中心可以在远方监测装备的运行情况，依照生产需求灵活调整作业的计划。相互联通的特性冲破单个设备作业的界限，构建起具备高效协同能力的智能化生产体系[2]。

2 智能化装备在露天煤矿采矿各环节的应用

2.1 穿孔作业环节

2.1.1 智能穿孔设备

作为穿孔作业的关键设备，智能牙轮钻机以及智能潜孔钻机配备的自动定位系统，可依靠GPS 与激光扫描技术对孔位进行精确查找，可以将误差限制在正负50 毫米的范围内；而自动钻进系统可以依据岩石硬度传感器数据，对钻进的速度与压力加以调整，防止出现卡钻或者过钻的情况。

2.1.2 穿孔参数优化系统

在将地质勘探数据与实时钻进的相关参数予以结合后，智能系统便可以对孔网参数以及孔深开展动态的优化操作，保障爆破效果可以契合后续采装工作的各类需求。例如，在岩层质地坚硬的区域，可以对孔网实施加密布置并加深钻孔的深度；而在岩层质地较为松软的区域，则可以减少钻孔的数量，并且缩短钻孔的深度。依靠精准地进行穿孔作业，可以为高效开展爆破工作打下坚实的基础。

2.2 爆破作业环节

2.2.1 智能爆破器材与起爆系统

智能雷管借助无线通信方式达成对起爆时间的精确把控，其误差在1 毫秒内，并且可以依照爆破设计的具体方案设定各个不同段位的起爆间隔时间，使岩石破碎的效果得到优化；智能装药车装配自动计量装置以及自动搅拌装置，可以依据炮孔的深度与孔径情况自动对装药量进行调整，同时可以让炸药实现均匀地填充，防止出现装药量过多或者装药量不足的问题[3]。

2.2.2 爆破效果监测系统

在爆破作业完成后，由无人机搭载的三维激光扫描仪以及高清相机针对爆堆开展扫描建模工作，可以迅速获取有关爆堆形态以及块度分布数据。然后，将数据 预先设定的指标进行对比，分析此次爆破产生的效果，分析结果可为后续穿孔爆破参数的优化提供必要依据。智能监测系统取代以往依靠人工进行测量的传统方式，使得数据采集的效率得到显著提升，同时也增强数据的准确性。

3 智能化装备的应用效能分析

3.1 生产效率提升

智能化的装备凭借削减人工的干预、对作业的参数加以优化以及达成协同的调度，提升采矿的效率。对于采装环节而言，智能挖掘机的作业循环时长缩短，每台设备的日产量得以提升；在运输环节，自动驾驶卡车的有效作业时间延长到每天22 小时以上，其运输量相较于人工驾驶得到增加。

3.2 安全保障强化

智能化的装备可以将操作人员从危险系数较高的作业环境中解放出来，借助远程操控以及自动驾驶的方式，降低人员暴露在类似边坡滑落、设备碰撞、爆破冲击等风险中的可能性。智能监测系统具备实时对安全隐患发出预警的能力，防止事故的出现。在应用智能化装备后，露天煤矿发生安全事故的比率降低超过 60% ，重伤乃至更为严重程度的事故数量大幅度减少。

3.3 成本控制优化

就人工成本而言，智能化装备削减对具备熟练操作技能工人的需求，可以使单条生产线的作业人员数量减少，使年度人工成本得以降低；在能耗成本维度，智能调度系统对设备的运行路径以及作业模式予以了优化，使得矿用卡车每行驶一百公里的燃油消耗降低，挖掘机挖掘单位土方量消耗的能量也减少；在维护成本领域，预测性维护技术使设备因故障而停机的时长缩短超过 30% ，同时使备品备件的消耗数量减少。

3.4 环保性能改善

智能化的装备凭借精准无误的作业，降低资源的浪费现象，并且减少对环境的干扰；智能排土机进行精准的布料操作，使得排土场占地面积减少，对生态的恢复起到积极的作用。与此同时，电动智能化装备投入使用后，使得尾气的排放降低，部分露天煤矿开展智能化的改造工作，使得粉尘的排放量下降，噪声污染也得到有效的控制，与绿色矿山的建设标准相契合。

4 智能化装备应用面临的问题与优化方向

4.1 主要问题

4.1.1 技术适应性不足

部分智能化设备在复杂地质情况时的作业稳定性欠佳，传感器容易遭受粉尘、振动的干扰，使数据采集出现错误；在恶劣的天气环境中，设备的通信与控制功能容易受到影响，需要人工进行干预操作，对智能化效能的施展形成限制。

4.1.2 系统集成难度大

来自不同厂商的智能化装备，运用异构的通信协议以及数据格式，造成设备间、设备与控制中心间的数据共享面临困难局面，高效协同作业的实现变得较为艰难；部分老旧矿区的基础设施难以契合智能化装备的运行需求，对其进行改造升级的成本处于较高水平。

4.2 优化方向

4.2.1 强化技术研发与适应性改造

面对复杂环境中存在的技术难题，开展具备较强抗干扰性能的传感器以及通信模块的研发工作，以此增强装备对于环境的适应能力；推进智能化装备的定制式设计，依照各个矿区不同的地质情况、气候特征等对设备的参数与功能进行优化。

4.2.2 推进系统集成与标准化建设

规划出具有统一性的通信协议以及数据接口规范，达成不同厂商制造装备间的相互连通与互操作；搭建起具备一体化特性的智能管控平台，对采矿整个流程的数据加以整合，达成设备调度工作、生产管理事项、安全监测环节的协同合作与联动运行。

结语：

智能化装备在露天煤矿采矿涵盖的穿孔、爆破、采装、运输、排土等环节中得以应用，提升生产效率，有力强化安全保障，有效优化成本控制，改善环保性能，是露天煤矿达成高质量发展的关键路径。在未来，伴随技术的发展，智能化装备将会向自主性更强、协同性更佳、绿色程度更高的方向迈进，为露天煤矿的智能化转型给予更为强大且有力的支撑。

参考文献：

[1] 刘光伟,刘勇,鞠兴军,李雁飞,柴森霖,郭伟强,袁杰.露天煤矿采矿全生命周期规划及决策平台研发与应用[J].智能矿山,2024,5(06):73-81.

[2] 艾宪锋,史常青,杨建英,张延庆.基于GIS 和环境影响的干旱区露天煤矿采矿权范围设置研究（英文）[J].Journal of Resources and Ecology,2023,14(04):717-726.

[3]广雪山.探采结合在露天煤矿采矿工程中的作用[J].造纸装备及材料,2021,50(01):129-130.