自动采矿与遥控采矿

自动采矿 (Automated mining) 技术的研发始于20世纪80年代中期。加拿大Noranda公司为满足地下硬岩矿自动化开采需要, 研制了多种自动化设备, 包括卡车与铲运机 (Load-Haul-Dump, LHD) 光学导航系统、LHD遥控系统等^[8]。1994年, 澳大利亚联邦科学和工业研究组织 (CSIRO) 发起了采矿机器人研究项目, 研制了露天矿索斗铲巡航系统与精确卸载模型, 开发了地下金属矿LHD自动控制系统;1996年, 挪威Dyno、加拿大INCO和芬兰Tamrock公司合作发起了一个投资2 270万美元的采矿自动化计划 (MAP) , 旨在通过MAP有效开发深部或复杂难采矿体、减少交接班及进出矿井等无效工时、提高劳动生产率、降低作业成本。之后, 瑞典也制定了向矿山自动化进军的“Grountecknik 2000”战略计划。如今, 基于采矿流程全自动化即无人采矿 (Unmanned mining, 或Hands-off mining) 技术的无人工作面 (Unmanned working-face) 和无人矿山 (Unmanned mine) , 已成为21世纪采矿技术革新的重要领域之一。

我国自21世纪初开始引进国外薄煤层自动化开采设备 (如自动刨煤机、螺旋钻机等) , 并开展了煤矿工作面三机 (采煤机、液压支架和刮板运输机) 自动控制系统的跟踪研制工作^[18]。2000年铁法小青煤矿引进德国设备, 装备了国内__个薄煤层自动化无人工作面;2004年山东新汶矿业集团实现了螺旋钻机无人工作面;2005年大同煤矿集团实现了国内__薄煤层刨煤机综采无人工作面;2007年兖矿集团建成中国__具自主知识产权的自动化工作面;神华集团神东分公司则从2004年开始对中厚偏薄煤层的自动化高效开采进行了实践探索, 试验了5个自动化综采工作面, 在采煤机与支架联动、采煤机记忆截割、有线远程控制等方面取得成功经验^[19];2011年, 张家口煤机公司与天地玛珂公司合作开发了全自动无人工作面刨煤机^[20]。这些进展, 标志着中国煤炭行业的综采自动化与无人工作面已初现端倪, 可望在“十二五”期间进入快车道。

遥控采矿 (Telemining/Distance mining) 技术始于20世纪90年代初。加拿大INCO公司开展的遥控采矿研究包括自动凿岩、装药与爆破, 自动装岩、转运与卸岩, 以及自动支护等, 旨在“利用地下通讯、定位、工艺设计、监视和控制系统来远距离操纵采矿设备与采矿系统”^[21]。早在2000年, INCO公司已实现由地面中央控制站对其所属的多个矿山、多个矿体的关键设备与开采活动进行控制, 如Stobie矿和Greighton矿分别运行有6台和8台遥控采矿设备;地下矿山的采、掘、运均实现了无人作业。此外, 加拿大政府在20世纪末, 还制订了一项拟在2050年实现的遥控采矿规划, 即通过卫星从加拿大南部城市Sudbury来操纵北部冰冻地区矿山的设备, 实现机械自动破碎和自动切割。