矿山机电设备智能化技术研究与应用

引言

在全球资源需求持续增长与双碳目标驱动下，矿山行业正加速向智能化、绿色化转型。传统矿山机电设备依赖人工操作与粗放管理模式，存在生产效率低、安全隐患大、能耗排放高等问题。

一、矿山机电设备智能化技术理论基础

1.1 智能化技术概述

矿山机电设备智能化技术，是融合物联网、人工智能、大数据等先进技术，赋予设备自主感知、智能决策与精准控制能力的技术体系。其核心在于突破传统设备依赖人工操作与预设程序的局限，使设备能够依据实时工况与数据反馈，动态调整运行策略。智能化技术具备显著特点：高度自动化可减少人工干预，提升生产效率；自适应能力使其能在复杂多变的矿山环境中，如高温、高湿、粉尘环境下稳定运行。卓越的数据处理与分析能力，可深度挖掘设备运行数据价值；便捷的远程监控与管理功能，支持操作人员实时掌握设备状态，远程处理故障，有效降低运维成本与安全风险。

1.2 关键支撑技术

物联网技术通过部署大量传感器，实现设备间互联互通与数据实时采集传输，为智能化控制提供数据基础；人工智能技术中的机器学习、深度学习算法，可用于设备故障诊断、运行参数优化。大数据技术则对海量数据进行存储与分析，实现设备性能预测与管理决策支持。自动化控制技术如 PLC、DCS，保障设备精准执行控制指令。这些技术相互协作，共同构建起矿山机电设备智能化的技术基石，推动矿山生产向智能化、高效化迈进。

1.3 矿山机电设备远程控制技术的优势

矿山机电设备远程控制技术具备多方面显著优势。在人员安全保障上，该技术使操作人员无需亲临井下高危环境，如高温、高湿、存在瓦斯爆炸或冒顶片帮风险的区域，就能操控设备，有效规避人身伤害，降低安全事故发生率。在瓦斯浓度高的煤矿，远程控制技术可避免人员直接接触危险气体，保障生命安全。从生产效率提升角度，远程控制能实现设备的快速响应与精准操作，减少人工现场操作的时间损耗与失误率。支持多设备同时远程协同作业，如在露天矿场，可通过远程控制中心统一调度多台挖掘机、矿卡，优化作业流程，提高开采与运输效率。在管理决策优化方面，远程控制技术搭配实时数据采集与传输功能，管理者能随时掌握设备运行状态、生产进度等信息，及时发现故障隐患并远程处理，减少停机时间。基于大量运行数据的分析，还能为设备维护、生产计划调整提供科学依据，实现智能化、精细化管理，提升矿山整体运营效益 。

二、矿山机电设备智能化技术应用

2.1 提升设备智能化应用

在矿山提升作业中，智能化技术显著提升了设备运行的安全性与智能调速系统基于传感器实时采集的负载重量、井筒环境等数据，利用自适应控制算法动态调整提升速度，相比传统固定速度模式，可降低能耗。同时减少机械部件磨损。高精度定位系统配合激光测距与惯性导航技术，实现罐笼毫米级精准停靠，避免因停靠误差导致的矿石洒落与安全隐患。基于深度学习的故障诊断系统通过分析电机电流、轴承温度、钢丝绳张力等多维数据，有效保障了生产连续性。

2.2 运输设备智能化应用

新一代智能矿用车实现运煤车无人化。矿用卡车配备激光雷达、视觉相机以及 5G通讯模块，由多传感器融合技术实现环境感知，基于路径规划算法实现避开障碍物，规划最优的行驶线路，比有司机驾驶提升效率，节省能耗。露天矿区，60 辆无人卡车组成的无人化运输车队配合智能调度系统进行24 小时不间断作业，实现运输效率的进一步提高。智能带式输送机通过分布式光纤传感实现带式输送机运行过程的实时监控，对皮带张力、温度、跑偏实现监测，当发生撕裂时可在 0.5s 内实施紧急制动；通过物料流量监测功能，基于机器视觉实现皮带运转速度调节，实现能耗的降低。

2.3 采掘设备智能化应用

精准高效的智能化采掘工艺。挖掘机装有三维激光扫描和惯性导航设备，自行形成工作面数字图像，在地面控制中心即可实现地形复杂的采掘作业，作业误差可以达到±5cm，没有人工采掘出现的超挖、欠挖。凿岩台车拥有地质雷达、自适应钻进控制系统，根据前探到的岩石软硬自动调节钻压、转速、推进速度，提高凿岩速度，提高钻头寿命。

2.4 通风与排水设备智能化应用

智能化通风， 500+ 个井下气体传感及温湿度检测点采集 CO、瓦斯、粉尘数据，联合人员定位、设备运行信息，通过模糊控制模型自动控制通风机的风量、风门开度，与恒定通风方式相比，节能。智能化排水：大数据、物联网等技术支撑井下积水预测模型，超临界报警时，自动启动备用排水泵，并通过最优排水泵组配置运行方法，降低排水电量。

三、矿山机电设备智能化技术发展对策与趋势

3.1 发展对策

解决好矿山机电设备智能化技术的应用问题应综合施策，一是加大对矿山机电设备智能传感器技术、传感信息准确性与稳定性、自适应智能化算法以及低时延通信技术的研发投入，鼓励产学研联合组织研发，力求解决问题的关键技术，提高国产化比例；二是通过订单式的培养模式，企业与高等院校和科研院所联合培养机电智能化方面的人才，通过订单模式培养企业所需人才，并加强企业对现有人员的技能培训，建立健全人才培养的有效机制与薪酬体系，确保企业招得进人、留得下人；三是降低智能化应用成本，建议政府实施针对智能化设备改造补贴、减免税收等相关优惠政策，降低企业智能化改造成本，从企业自身来说，加强智能化矿山机电设备及系统的全寿命管理，通过精准的预测性维护控制运维成本支出。

3.2 发展趋势

未来矿山机电设备智能化将呈现三大趋势。智能化与自动化深度融合，从单设备智能化向全流程无人化迈进，实现采掘、运输、提升等环节的无缝衔接与协同作业。物联网与大数据应用深化，通过构建设备数字孪生体，实现全生命周期管理；利用大数据分析挖掘设备潜在价值，优化生产决策。绿色节能与智能协同发展成为主流，智能化技术将精准调控设备能耗，结合新能源应用降低碳排放；各机电设备通过智能系统实现高效协同，提升矿山整体生产效能，推动行业向绿色、高效、可持续方向转型。

矿山机电设备智能化技术显著提升了生产效率、降低能耗并增强安全保障。然而，技术瓶颈、高成本投入与标准缺失仍制约其广泛应用。未来需聚焦核心技术攻关、完善人才培养体系、强化标准规范建设，推动智能化技术与矿山场景深度融合，助力行业向无人化、绿色化、高效化方向迈进，实现可持续发展。

参考文献

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