礦山機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)

摘要：礦山機(jī)械的技術(shù)水平與裝備能力，是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)實(shí)力的重要標(biāo)志。本文簡(jiǎn)要介紹了礦山機(jī)械的分類和在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中作用，提出面向經(jīng)濟(jì)建設(shè)的市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)等多學(xué)科綜合集成的支持以及人類與自然的和諧發(fā)展是礦山機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的動(dòng)力，論述了礦山機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)是數(shù)字化、智能化、生態(tài)化和宜人化。
　　1、 引言
　　礦山機(jī)械主要面向能源、交通和原材料基礎(chǔ)工業(yè)部門服務(wù)，主要任務(wù)是為煤炭、鋼鐵、有色金屬、化工、建材和核工業(yè)等部門的礦山開(kāi)采和原材料的深加工，以及為鐵路、公路、水電等大型工程的施工提供先進(jìn)、高效的技術(shù)裝備。礦山機(jī)械是機(jī)械工業(yè)中一個(gè)品種繁多、設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、需求量大、使用面廣的機(jī)械行業(yè)。礦山機(jī)械按其用途大致可分為采掘設(shè)備、提升設(shè)備、窄軌運(yùn)輸設(shè)備、破碎粉磨設(shè)備、礦用篩分設(shè)備、洗選設(shè)備和焙燒設(shè)備等7大類，30小類，700多個(gè)品種和數(shù)千種規(guī)格。
　　礦山機(jī)械在經(jīng)濟(jì)建設(shè)、科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展中占有十分重要的地位和作用，屬于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱行業(yè)。礦山機(jī)械制造業(yè)是國(guó)家建立獨(dú)立工業(yè)體系的基礎(chǔ)，也是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)實(shí)力的重要標(biāo)志。根據(jù)國(guó)家重點(diǎn)支持能源、交通和原材料等基礎(chǔ)工業(yè)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)政策，礦山機(jī)械作為這些基礎(chǔ)工業(yè)的支柱應(yīng)優(yōu)先得到國(guó)家的重點(diǎn)支持，以得到進(jìn)一步發(fā)展和提高，為煤炭、金屬和非金屬礦山的開(kāi)發(fā)提供更多的具有國(guó)際先進(jìn)水平的優(yōu)質(zhì)、高效設(shè)備，滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)能源和原材料的需要。
　　改革開(kāi)放30年來(lái)，我國(guó)礦山機(jī)械制造業(yè)經(jīng)歷了引進(jìn)消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)、合作設(shè)計(jì)和合制造、自主設(shè)計(jì)的發(fā)展道路，特別是在實(shí)施《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快振興裝備制造業(yè)若干意見(jiàn)》的推動(dòng)下，礦山機(jī)械制造業(yè)基本實(shí)現(xiàn)了兩大轉(zhuǎn)變，一是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)由仿制型向自主創(chuàng)新型轉(zhuǎn)變；二是經(jīng)濟(jì)運(yùn)行由粗放型向效益型轉(zhuǎn)變。2000年以來(lái)，在國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)工業(yè)和基礎(chǔ)建設(shè)大發(fā)展的拉動(dòng)下，礦山機(jī)械產(chǎn)品市場(chǎng)需求旺盛，工業(yè)總產(chǎn)值和銷售額年增長(zhǎng)速度穩(wěn)定在32％~40％。市場(chǎng)需求在帶動(dòng)礦山機(jī)械制造業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的同時(shí)，更促進(jìn)了整個(gè)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，涌現(xiàn)了一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重大新產(chǎn)品，如北方重工研制了∮11m水泥平衡盾構(gòu)和9.8km大型平面轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)，中信重工研制了8.8×4.8半自磨機(jī)和6.2×9.5m溢流型球磨機(jī)，并與2008年中標(biāo)澳大利亞SINO鐵礦6組12臺(tái)世界最大的12.2×10.9m半自磨機(jī)和7.9×13.6溢流型球磨機(jī)，太原重型機(jī)械集團(tuán)研制了35m3和55m3大型礦用挖掘機(jī)和1800kW~2040 kW大功率厚煤礦層采煤機(jī)，上海建設(shè)路橋研制了6m電液控制液壓支架等。上述重大新產(chǎn)品的成功研制，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了積極貢獻(xiàn)，同時(shí)縮小了與先進(jìn)國(guó)家的差距，提升了參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的能力，我國(guó)礦山機(jī)械行業(yè)在國(guó)際礦山工程建設(shè)中正在發(fā)揮越來(lái)越大的作用。
　　礦山機(jī)械的發(fā)展一人類的技術(shù)進(jìn)步、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和整體工業(yè)水平息息相關(guān)，特別是與機(jī)械工程科學(xué)和采礦學(xué)科的發(fā)展緊密相連?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)前沿具有明顯的時(shí)域、領(lǐng)域和動(dòng)態(tài)特性。信息科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)、納米科學(xué)、管理科學(xué)和制造科學(xué)是改變21世紀(jì)的主流科學(xué)，由此產(chǎn)生的高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)將改變世界。不同科學(xué)之間的交叉融合將產(chǎn)生新的科學(xué)聚焦，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步對(duì)礦山機(jī)械產(chǎn)生新的要求和期望。機(jī)械工程科學(xué)發(fā)展的總趨勢(shì)將是數(shù)字化、智能化、精密化、微型化、生命化和生態(tài)化。礦山機(jī)械作為機(jī)械工程學(xué)科的一個(gè)分支，也遵循這個(gè)發(fā)展的總趨勢(shì)。同時(shí)，結(jié)合礦山行業(yè)的特點(diǎn)，其發(fā)展趨向是數(shù)字化、智能化、生態(tài)化和宜人化。礦山機(jī)械制造業(yè)應(yīng)不斷融入人類在各領(lǐng)域的優(yōu)秀成果，面向國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)重大需求，以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
　　1、 礦山機(jī)械發(fā)展的動(dòng)務(wù)機(jī)制
　　2.1市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)驅(qū)動(dòng)
　　我國(guó)礦山機(jī)械的整體水平與國(guó)際先進(jìn)水平相比尚有差距。在邁向礦山機(jī)械制造強(qiáng)國(guó)的征途中，機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存。產(chǎn)品設(shè)計(jì)是制造業(yè)的靈魂，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能、質(zhì)量、成本、交貨時(shí)間及可制造性、可維修性、報(bào)廢后處理以及人、機(jī)和環(huán)境關(guān)系等，原則上都是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段決定的。產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力已成為決定企業(yè)在全球化競(jìng)爭(zhēng)中地位的首要因素。
　　礦山機(jī)械是技術(shù)含量和集成化很高的裝備，新設(shè)備的開(kāi)發(fā)中不斷將人類在各領(lǐng)域成果融合進(jìn)來(lái)，隨著材料科學(xué)、制造工藝、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，每一輪產(chǎn)品都有新的技術(shù)注入，零部件的更新周期越來(lái)越短、新設(shè)備換代越來(lái)越快，尤其是大型礦山機(jī)械的開(kāi)發(fā)，無(wú)成熟的經(jīng)驗(yàn)可借鑒，而又不允許設(shè)計(jì)中出現(xiàn)任何失誤，因此必須借助多學(xué)科技術(shù)的融合，提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，提升企業(yè)自主創(chuàng)新能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。礦山機(jī)械和計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)綜合的基礎(chǔ)上形成了數(shù)字化發(fā)展趨勢(shì)。
　　2.2經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要
　　隨著社會(huì)進(jìn)步和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對(duì)資源和能源的需求量越來(lái)越大，而我國(guó)是一個(gè)資源相對(duì)貧乏的國(guó)家。隨著資源的開(kāi)發(fā)，開(kāi)采深度逐漸增加，由陸地向海洋延伸，資源開(kāi)采條件日益惡化，安全開(kāi)采的形勢(shì)日趨嚴(yán)重；我國(guó)的煤炭開(kāi)采深度已達(dá)到1000m，金屬礦的濃度達(dá)到1380m，礦床開(kāi)采深度增加，地下水、瓦斯、高地應(yīng)力、地質(zhì)構(gòu)造使資源開(kāi)采難度大大增加。
　　自動(dòng)化無(wú)人工作面開(kāi)采是井下或危險(xiǎn)環(huán)境采礦的發(fā)展方向，也是保障工作面安全開(kāi)采的有效途徑。綜合運(yùn)用采礦學(xué)、自動(dòng)化技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等，進(jìn)行自動(dòng)化無(wú)人工作面開(kāi)采的基礎(chǔ)理論研究和開(kāi)發(fā)新技術(shù)、新裝備，使礦山機(jī)械將向著機(jī)器人化和智能化方向發(fā)展。
　　海底蘊(yùn)藏著多種戰(zhàn)略性金屬礦產(chǎn)資源，實(shí)現(xiàn)海洋礦產(chǎn)資源的高效安全開(kāi)采，為保障國(guó)家的海洋權(quán)益和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供技術(shù)支持，社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供保障。實(shí)現(xiàn)海底采礦，需要開(kāi)發(fā)深海纜控?zé)o人潛器、無(wú)人無(wú)纜自制深潛器等智能化采礦機(jī)械裝備。
　　2.3面向自然環(huán)境和諧發(fā)展的需要
　　我國(guó)“十一五”規(guī)劃綱要中指出，要建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，重點(diǎn)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，堅(jiān)持開(kāi)發(fā)節(jié)約并重、節(jié)約優(yōu)先，按照減量化、再利用、資源化原則，在資源開(kāi)采、生產(chǎn)消耗、廢物產(chǎn)生、消費(fèi)等環(huán)節(jié)，逐步建立全社會(huì)的資源循環(huán)利用體系；要節(jié)約能源、節(jié)約用水、節(jié)約土地、節(jié)約材料、加強(qiáng)資源綜合利用強(qiáng)化促進(jìn)節(jié)約等政策。機(jī)械制造業(yè)要從單純追求規(guī)模與效益的模式轉(zhuǎn)向建設(shè)4R（Reduce:減量化，Reuse:再利，Recycle:再循環(huán)，Remanufacture：再制造）的循環(huán)經(jīng)濟(jì)方向。
　　面向自然環(huán)境實(shí)現(xiàn)和諧發(fā)展，要求礦山機(jī)械“生態(tài)化”，借助各種先進(jìn)技術(shù)對(duì)制造模式、制造資源、制造工藝制造組織進(jìn)行不斷創(chuàng)新，使產(chǎn)品在整個(gè)生命周期內(nèi)不產(chǎn)生環(huán)境污染或環(huán)境污染最小化，資源利用率最高，能源消耗最低，最終實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的協(xié)調(diào)化。高效、零污染的燃料電池礦山機(jī)械具有很好的發(fā)展前景。
　　地?zé)嶙鳛榫G色的、可再生的資源，被世界各國(guó)確定為維系社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的新能源，在地?zé)豳Y源豐富的發(fā)達(dá)國(guó)家已得到較好的利用，開(kāi)發(fā)地殼熱能資源和對(duì)固體廢物資源化處理為礦山機(jī)械拓展了服務(wù)領(lǐng)域。
　　礦山機(jī)械在計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多學(xué)科綜合集成的支持下，面向經(jīng)濟(jì)建設(shè)，在市場(chǎng)需求的驅(qū)動(dòng)下，在人類與自然界的和諧發(fā)展中，礦山機(jī)械已經(jīng)向著數(shù)字化、智能化、生態(tài)化和宜人化方向發(fā)展。

　　3、機(jī)械發(fā)展方面
　　3.1數(shù)字化
　　3.1.1礦山機(jī)械產(chǎn)品開(kāi)發(fā)數(shù)字化
　　目前礦山機(jī)械產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)呈現(xiàn)數(shù)字化、并行化、集成化和知識(shí)化的趨勢(shì)。其中數(shù)字已成為實(shí)現(xiàn)快速創(chuàng)新開(kāi)發(fā)的核心技術(shù)。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)數(shù)字化的基本構(gòu)思是利用數(shù)字對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的各種信息，包括圖形、數(shù)據(jù)、知識(shí)、技能等，進(jìn)行定量表達(dá)、存儲(chǔ)、處和控制，從而實(shí)現(xiàn)以快速市場(chǎng)響應(yīng)和創(chuàng)新開(kāi)發(fā)為目標(biāo)的全局優(yōu)化運(yùn)算。除傳統(tǒng)的CAD/CAE/CAPP/CAM等計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造技術(shù)外，支持快速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的數(shù)字化技術(shù)還包括數(shù)字建模與仿真、數(shù)字樣機(jī)與虛擬制造、基于知識(shí)的設(shè)計(jì)技術(shù)和設(shè)計(jì)倉(cāng)庫(kù)、基于網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)等。
　　產(chǎn)品開(kāi)發(fā)數(shù)字化的一個(gè)重要特征是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品性能的可預(yù)測(cè)性。制造過(guò)程數(shù)字仿真的目的是借助于建筑在物理學(xué)和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上的計(jì)算模型、計(jì)算機(jī)預(yù)演等手段，揭示制造工藝過(guò)程的本質(zhì)，獲得知識(shí)及進(jìn)行制造工藝裝備的自主設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品制造、裝配乃至產(chǎn)品整個(gè)生命周期過(guò)程的預(yù)測(cè)和優(yōu)化控制能力。主要內(nèi)容包括：1）設(shè)計(jì)過(guò)程仿真，包括外形仿真、裝配仿真、運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真、動(dòng)力學(xué)仿真和多學(xué)科集成仿真等；2）加工過(guò)程仿真，包括切削過(guò)程仿真、焊接過(guò)程仿真、沖壓過(guò)程仿真和鑄造過(guò)程仿真等；3）生產(chǎn)過(guò)程仿真，通過(guò)建立制造系統(tǒng)的靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型，精確預(yù)測(cè)技術(shù)可行性、加工成本、工藝質(zhì)量和生產(chǎn)周期。
　　3.1.2企業(yè)協(xié)作數(shù)字化
　　以因特網(wǎng)為代表的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使設(shè)計(jì)制造各個(gè)環(huán)節(jié)的信息與知識(shí)在數(shù)字化描述的基礎(chǔ)上得到流通與集成，從而使異地的、不同企業(yè)的資源可以共享，使企業(yè)組織的組元化、分布化和扁平化成為可能，為用戶介入生產(chǎn)、供應(yīng)鏈與制造企業(yè)共同保證產(chǎn)品供貨期和質(zhì)量提供了條件。大型礦山機(jī)械設(shè)備具有技術(shù)含量高、投資額大、批量少、工作環(huán)境惡劣及研制試驗(yàn)周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，其開(kāi)發(fā)適合采用全球分布式網(wǎng)絡(luò)化協(xié)作模式，能夠快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，實(shí)現(xiàn)資源的全球最優(yōu)配置，通過(guò)虛擬價(jià)值鏈，快速滿足顧客價(jià)值最大化的根本需求。未來(lái)礦山機(jī)械制造系統(tǒng)不再是單個(gè)企業(yè)與長(zhǎng)期合作的有限供應(yīng)商的穩(wěn)態(tài)組合，而是無(wú)國(guó)界的、多企業(yè)的、短期的最優(yōu)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。
　　3.1.3礦山數(shù)字化
　　近年來(lái)，地理信息系統(tǒng)在許多礦山得到迅速發(fā)展，它將地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)、測(cè)量數(shù)據(jù)、地質(zhì)礦床模型、全礦巷道分布、地面各種建筑設(shè)計(jì)和總圖布置綜合在一起，以三維立體形式表現(xiàn)礦山內(nèi)礦床、巷道和建筑間的相互關(guān)系，一目了然地表面礦山的空間組成和結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了“數(shù)字化礦山”的基礎(chǔ)。海量數(shù)據(jù)的存貯技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、多維可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及光纖維通信技術(shù)和寬帶計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，各種新型采掘設(shè)備、選冶設(shè)備及相關(guān)控制管理系統(tǒng)為數(shù)字礦山建設(shè)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。數(shù)字化礦山的功能包括：1）生產(chǎn)管理。各種數(shù)據(jù)的采集、生成，實(shí)現(xiàn)了物流、資金流、人員流等實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)查詢，方便了管理層的科學(xué)決策；結(jié)合全球定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車輛的調(diào)度、設(shè)備作業(yè)定位導(dǎo)向、地面的工程測(cè)量等。2）生產(chǎn)監(jiān)測(cè)控制管理包括產(chǎn)品質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控，電鏟有效載荷稱量、鏟斗裝載精確定位檢測(cè)；設(shè)備的運(yùn)行狀況診斷；能源消耗的分析；露天邊坡體形變、滑塌位移監(jiān)測(cè)和排土場(chǎng)災(zāi)害防治和控制等。
　　露天礦運(yùn)輸作業(yè)成本約占總成本60％，大型露天礦中電鏟和汽車調(diào)度是礦山管理的重要內(nèi)容，通過(guò)GPS衛(wèi)星定位和多頻道無(wú)線電通信，實(shí)現(xiàn)車-鏟-調(diào)度室之間的信息傳遞。在軟件上采用線性規(guī)劃加動(dòng)態(tài)規(guī)劃的自動(dòng)調(diào)度模式。首先在每班作業(yè)前用線性規(guī)劃做出總體安排，然后隨作業(yè)的進(jìn)展在線及時(shí)地用動(dòng)態(tài)規(guī)劃予以修正，美國(guó)Modular公司著名的DISPATCH軟件就是典型的示例，提高礦山企業(yè)的生產(chǎn)效率。
　　數(shù)字化給礦山描繪了新的遠(yuǎn)景，挖掘整合企業(yè)的信息資源，實(shí)現(xiàn)露天采礦工業(yè)流程的再造，完成礦床地質(zhì)環(huán)境建模、生產(chǎn)計(jì)劃制定執(zhí)行、生產(chǎn)調(diào)度、產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控、設(shè)備狀況診斷、人員調(diào)配、物流、資金流以及工程災(zāi)害預(yù)警、局域環(huán)境監(jiān)測(cè)、特殊工況條件下專家評(píng)估決策等子系統(tǒng)的構(gòu)建、融合，使整個(gè)企業(yè)成為一個(gè)完整、流暢的管理系統(tǒng)，
　　3.2智能化
　　3.2.1地下礦產(chǎn)資源自動(dòng)化開(kāi)采
　　信息技術(shù)的進(jìn)步，推動(dòng)無(wú)人采礦技術(shù)從現(xiàn)行的、以傳統(tǒng)采礦工藝自動(dòng)化為核心的自動(dòng)采礦或遙控采礦，向以先進(jìn)傳感器及檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、智能采礦設(shè)備、高速數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)、新型采礦工藝過(guò)程等集成化為主要技術(shù)特征的“無(wú)人礦山”發(fā)展。
　　煤礦開(kāi)采實(shí)現(xiàn)綜采工作面液壓支架操作自動(dòng)化。該技術(shù)將液壓支架的降架、升架、推移首部輸送機(jī)、拉后部輸送機(jī)、收伸側(cè)護(hù)板、噴霧灑水及放頂煤等動(dòng)作由原來(lái)的手工操作改為電液自動(dòng)控制、程序化操作，可以有效地減少工作面工人數(shù)量，最終實(shí)現(xiàn)井下無(wú)人開(kāi)采自動(dòng)化工作面。目前，液壓支架電液控制技術(shù)已經(jīng)成熟。美國(guó)、澳大利亞和德國(guó)的液壓支架普遍使用了電液控制系統(tǒng)。自20世紀(jì)80年代中后期開(kāi)始，加拿大Noranda技術(shù)中心為金屬礦床地下開(kāi)采研制了多種自動(dòng)化設(shè)備，包括LHD鏟運(yùn)機(jī)和卡車的光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)、遙控輔助裝載系統(tǒng)、自動(dòng)行走系統(tǒng)等。這些技術(shù)及系統(tǒng)在推廣應(yīng)用中取得了理想效果?！　oranda的自動(dòng)采礦技術(shù)及系統(tǒng)可以在不同的采礦條件下獨(dú)立運(yùn)用，也可以用于中央集群多車遙控系統(tǒng)，較好地適應(yīng)了多個(gè)礦山開(kāi)采、不同生產(chǎn)規(guī)模和復(fù)雜礦體條件的實(shí)際需要。
　　地下自動(dòng)采礦需要研究與開(kāi)發(fā)相應(yīng)的先進(jìn)傳感技術(shù)及檢測(cè)監(jiān)控技術(shù)、開(kāi)發(fā)智能化操作軟件，通信系統(tǒng)向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線靠攏等。井下環(huán)境要素如溫度、濕度、空氣組分、采場(chǎng)地壓、巷道圍巖變形等變量的檢測(cè)監(jiān)控技術(shù)、礦炭爆堆的塊度及其分布、有用礦物品位及其分布等參數(shù)的實(shí)時(shí)分析技術(shù)、基于井下環(huán)境，空間距離識(shí)別、定位及導(dǎo)航技術(shù)，諸如埋線導(dǎo)航系統(tǒng)、無(wú)源光導(dǎo)系統(tǒng)、有源光導(dǎo)系統(tǒng)、墻壁跟蹤系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航技術(shù)及裝備，使智能采礦設(shè)備具有視覺(jué)、力覺(jué)、感覺(jué)等功能，能感知環(huán)境變化，做出反應(yīng)，具有自適應(yīng)能力。
　　3.2.2海底礦產(chǎn)資源開(kāi)采遙控及無(wú)人操縱
　　占地球表面71％的海洋洋底蘊(yùn)藏著極其豐富的礦產(chǎn)資源，主要包括鎳、鈷、錳、金、銀、鋁等礦產(chǎn)資源。深海資源開(kāi)采技術(shù)是指將深海底賦存的多金屬結(jié)核、鈷結(jié)核、多金屬硫化礦從海底采集并輸送到水面的相關(guān)技術(shù)。目前只有多金屬結(jié)核的開(kāi)采技術(shù)已基本形成了具有商業(yè)開(kāi)采應(yīng)用前景的技術(shù)原型，主要內(nèi)容包括海底電視系統(tǒng)、聲吶系統(tǒng)、傳感器與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、不同賦存狀態(tài)海底礦產(chǎn)資源的采集方法和機(jī)構(gòu)、極稀軟底和極復(fù)雜地形海底作業(yè)裝備的行走與控制技術(shù)、海洋風(fēng)、浪、流作用下礦物結(jié)核長(zhǎng)距離管道輸送技術(shù)、海洋采礦裝備的升降補(bǔ)償技術(shù)和整體系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)等。
　　海底資源開(kāi)采機(jī)械能夠遠(yuǎn)距離操縱和無(wú)人駕駛，人在機(jī)器工作環(huán)境以外，通過(guò)人眼直接觀察或借助攝相機(jī)觀察機(jī)器人工作遠(yuǎn)距離遙控操作者本身在控制室內(nèi)遙控操縱，系統(tǒng)應(yīng)具有臨場(chǎng)感效果，讓操作者身臨共境地進(jìn)行操作，除要求從機(jī)器反饋回聲音信號(hào)外，還要求在操作上有圖形顯示能力，將在機(jī)器上采集的有關(guān)機(jī)器完好情況和工作性能的信息傳輸?shù)讲僮鲉T工作站。在采礦機(jī)器人利用多種傳感器的信息，動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)地感和作業(yè)環(huán)境，并自主作業(yè)方面，有很多問(wèn)題還有待研究。
　　3.2.3機(jī)械結(jié)構(gòu)健康自檢測(cè)及健康自診斷
　　傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)沒(méi)有生命、沒(méi)有智能，不能感知外界作用和內(nèi)部損傷，不能做出適當(dāng)響應(yīng)保護(hù)自己使結(jié)構(gòu)處于最佳狀態(tài)，因此外部載荷及環(huán)境的變化，以及自然及人為因素的影響，將會(huì)使結(jié)構(gòu)性能下降乃至破壞，使人民生命財(cái)產(chǎn)受到嚴(yán)重威脅。為了保障結(jié)構(gòu)的安全，設(shè)計(jì)者往往采用保守設(shè)計(jì)，增大結(jié)構(gòu)尺寸與質(zhì)量，從而增加消耗，降低結(jié)構(gòu)的有效載荷，增加人力、財(cái)力和資源的消耗。隨著信息工作與材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家和工程師們從生物體進(jìn)化的學(xué)習(xí)與思考中受到啟示，提出了力圖從根本上解決工程結(jié)構(gòu)在全生命周期內(nèi)的安全，全面提高結(jié)構(gòu)性能的新思路，引入智能結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的概念。智能結(jié)構(gòu)以生物界的方式感知結(jié)構(gòu)的狀態(tài)和外部環(huán)境，并及時(shí)做出判斷、響應(yīng)和自適應(yīng)。
　　礦山機(jī)械的結(jié)構(gòu)健康直接影響礦山安全生產(chǎn)和礦工生命安全，礦山機(jī)械結(jié)構(gòu)自檢測(cè)及自診斷系統(tǒng)采用集成傳感器、控制器及執(zhí)行器為一體的智能結(jié)構(gòu)，賦予結(jié)構(gòu)健康自診斷、環(huán)境自適應(yīng)，以及損傷自修復(fù)等某些智能功能與生命特征，達(dá)到增強(qiáng)結(jié)構(gòu)安全，減輕質(zhì)量，降低能耗，提高性能的目的，是未來(lái)重大礦山機(jī)械產(chǎn)品在線監(jiān)測(cè)的方向。

　　3.3生態(tài)化
　　3.3.1礦山機(jī)械綠色設(shè)計(jì)
　　礦山機(jī)械是消耗資源的大戶、污染的源頭。面對(duì)日趨嚴(yán)峻的資源和環(huán)境約束，緊密圍繞4R的產(chǎn)品全生命周期設(shè)計(jì)和管理是降低能耗、污染，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要手段。具體措施為：（1）采用長(zhǎng)壽命、低能耗及減輕重量的設(shè)計(jì)原則。延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命，可減少機(jī)械的生產(chǎn)量和降低其報(bào)廢量；降低產(chǎn)品能耗，可減少對(duì)環(huán)境的污染；而輕量化和高效率可減少材料和資源的消耗。（2）盡量采用低環(huán)境負(fù)荷材料，盡可能不使用氟利昂（空調(diào)）、含氯橡膠、樹脂及石棉等有害材料。使廢棄零、部件處理的污染最小化及綜合成本最優(yōu)化，礦山機(jī)械產(chǎn)品在設(shè)計(jì)初始階段就要考慮報(bào)廢件處理簡(jiǎn)單、費(fèi)用低和污染小，零、部件要解體方便、破碎容易，能焚燒處理或可作為燃料回收等問(wèn)題；（3）采用能再生利用的材料和資源，特別是結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能采用比較容易裝配和分解的大模塊化結(jié)構(gòu)和無(wú)毒材料，提高機(jī)械材料的再生率；（4）降低整機(jī)的振動(dòng)與噪聲，減輕對(duì)周圍環(huán)境的污染。
　　3.3.2燃料電池礦山機(jī)械
　　燃料電池是一種將蓄藏在燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。由含催化劑的陽(yáng)極、陰極和導(dǎo)電的電解質(zhì)組成。燃料在陽(yáng)極氧化，氧化劑在陽(yáng)極還原。電子從陽(yáng)極通過(guò)外部負(fù)載流向陰極，構(gòu)成電路，產(chǎn)生電能而驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。燃料電池與普通電池的不同在于，它工作時(shí)需要不斷地向電池內(nèi)輸入燃料和氧化劑，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)而生成水，并釋放出能。只要保持燃料供應(yīng)，燃料電池就會(huì)不斷工作，不斷向負(fù)載供電。燃料電池具有高效、清潔、運(yùn)行安靜、能量密度高的優(yōu)點(diǎn)。美國(guó)和加拿大的一些采礦公司近年來(lái)開(kāi)展了將燃料電池用于地下采礦車輛的研究。Wagner公司與加拿大INCO公司把EST-6電動(dòng)地下裝載機(jī)改成燃料電池地下裝載機(jī)的試驗(yàn)。Caterpillar公司將R1300型柴油地下裝載機(jī)改造成氫燃料電池-電池混合動(dòng)力裝載機(jī)，裝機(jī)功率減少近一半，短時(shí)最大輸出功率高于傳統(tǒng)載機(jī)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和零污染。
　　3.3.3地?zé)豳Y源開(kāi)采技術(shù)及裝備
　　據(jù)科學(xué)家估計(jì)，全世界地殼10km以內(nèi)的高溫巖體地?zé)豳Y源量是全世界化石能源的100~1000倍，與太陽(yáng)能、風(fēng)能相比，高溫巖體地?zé)崮芨鼮榧?，便于開(kāi)發(fā)和利用。地?zé)豳Y源，尤其是高溫巖體地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)在發(fā)達(dá)國(guó)家得到了迅速的發(fā)展。美國(guó)洛斯拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室最早提出了具有商業(yè)價(jià)值的高溫巖體地?zé)衢_(kāi)發(fā)計(jì)劃，并于1984年在墨西哥州的Fenton Hill休眠火山建成了成了世界上第一座高溫巖體地?zé)岚l(fā)電站（裝機(jī)容量10MW）。隨后，日本、英國(guó)和法國(guó)都進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)研究，到1996年，日本地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量達(dá)50萬(wàn)kW，美國(guó)超過(guò)200kW。美國(guó)、日本和英國(guó)等國(guó)家對(duì)高溫巖體地?zé)衢_(kāi)發(fā)系統(tǒng)與循環(huán)井運(yùn)行規(guī)律、環(huán)境評(píng)價(jià)、出力一壽命等多方面進(jìn)行了研究，保障高溫巖體地?zé)衢_(kāi)發(fā)系統(tǒng)的正常高效運(yùn)行。
　　中國(guó)有極豐富的高溫巖體地?zé)豳Y源，西南部受印度洋板塊的擠壓作用，東南部受菲律賓板塊的擠壓作用，東部受太平洋板塊的擠壓作用，地質(zhì)活動(dòng)強(qiáng)烈，有優(yōu)越的開(kāi)發(fā)條件。高溫巖體地?zé)衢_(kāi)發(fā)需要高效率的破巖裝備、鉆井溫度、壓力和流量的實(shí)時(shí)測(cè)試技術(shù)與裝備、高溫巖體地?zé)衢_(kāi)采成套技術(shù)與裝備等。具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高溫巖體地?zé)衢_(kāi)采成套技術(shù)與裝備將為礦山機(jī)械行業(yè)提供新的發(fā)展空間。
　　3.4固體廢棄物處理裝備
　　未來(lái)30年全球在信息技術(shù)、環(huán)境、能源、制造業(yè)等領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)“十大新興技術(shù)”，“ 固體廢棄物處理技術(shù)”被列在第二位。國(guó)家科技部強(qiáng)調(diào)，固體廢棄物的處理要無(wú)害化、減量化、資源化。
　?。?） 礦渣處理裝備。礦渣是高爐煉鐵、煉鋼過(guò)程中生產(chǎn)的必然產(chǎn)物，如每煉1噸鋼約產(chǎn)生12％~14％的鋼渣，目前鋼渣利用率約10％。大部分的鋼渣堆棄造成金屬和鋼渣資源的浪費(fèi)，污染環(huán)境，破壞生態(tài)景觀，占用土地，不符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展的基本國(guó)策。國(guó)家“十一五”計(jì)劃下達(dá)了冶煉渣綜合利用率達(dá)到86％的指標(biāo)，使得鋼鐵企業(yè)目前面臨鋼渣“零排放”的緊迫任務(wù)。鋼渣的破碎和粉磨需要帶有液壓保護(hù)的顎式破碎機(jī)和輥磨機(jī)，鋼渣破碎后可以實(shí)現(xiàn)鋼渣中金屬全部回收；使用鋼渣代替石灰石焙燒水泥熟料，實(shí)現(xiàn)鋼渣的資源化利用等。金剛渣的破碎和粉磨裝備的發(fā)展有著較好的發(fā)展前景，將直接推動(dòng)礦渣資源的回收再利用。
　?。?） 廢鋼處理裝備。廢鋼鐵為鋼鐵生產(chǎn)中唯一能替代鐵礦石的原料，最大限度地開(kāi)發(fā)應(yīng)用廢鋼鐵資源是鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、緩解鐵礦石資源危機(jī)的重要途徑。我國(guó)目前廢鋼循環(huán)利用率為19.9％，遠(yuǎn)低于世界平均水平的48.3％。國(guó)外廢鋼處理產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)是以廢鋼破碎分選處理為龍頭，利用環(huán)保、機(jī)電一體化等高新技術(shù)，研究并開(kāi)發(fā)新型廢鋼鐵綜合處理技術(shù)，形成新的環(huán)保高科技產(chǎn)業(yè)及新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。通常，廢鋼處理需要破碎鋼片入爐，再改善回收鋼品質(zhì)。廢鋼破碎機(jī)主要有兩種，即碎屑機(jī)和破碎機(jī)。破碎機(jī)有錘擊式、軋輥式和刀刃式幾種。廢鋼處理是目前國(guó)家重點(diǎn)解決和大力支持的節(jié)能減排項(xiàng)目，因此，廢鋼破碎機(jī)具有較好的應(yīng)用發(fā)展前景。
　?。?） 3.4宜人化
　　礦山機(jī)械在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中貫徹“以人為本”的原則，考慮人、機(jī)和環(huán)境的協(xié)調(diào)，采取必要的技術(shù)措施進(jìn)行安全性設(shè)計(jì)，改善作業(yè)環(huán)境，降低振動(dòng)與噪聲，提高操縱者舒適性。
　　3.4.1安全性
　　礦山機(jī)械的安全性是礦山安全生產(chǎn)與工作人員生命安全的保證。礦山機(jī)械的安全特性應(yīng)從兩方面進(jìn)行描述，一是礦山機(jī)械的安全功能，另一是相應(yīng)安全功能的可靠性。不論是在含煤塵和易燃、易爆氣體的煤礦井下或井口，還是在各種金屬、非金屬礦山，只有礦山機(jī)械具有齊全的安全功能與較高的安全可靠性，才能確保礦山生產(chǎn)正常進(jìn)行，避免安全事故的發(fā)生。各種礦山機(jī)械的安全功能因工作環(huán)境不同而不盡相同，就煤礦井下使用的提升機(jī)而言，其安全功能主要有防爆、超速及過(guò)卷保護(hù)、過(guò)載過(guò)壓保護(hù)、防墜保護(hù)等。礦山車輛安裝防傾翻防落物保持結(jié)構(gòu)，并具工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)和計(jì)算機(jī)控制的安全功能，避免誤操作。
　　3.4.2舒適性
　　運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)原理，改善司機(jī)的工作環(huán)境，注重駕駛員與操作界面的協(xié)調(diào)，緩解疲勞，提高作業(yè)效率。采用省力便捷的電子化控制技術(shù)，只需通過(guò)很少量的手臂的動(dòng)作就可以精確地操縱負(fù)載，用手指尖就可以操作所有重要的操作部件，減輕了司機(jī)的負(fù)擔(dān)。駕駛室采用隔熱、隔音全封閉結(jié)構(gòu)，座椅采用可調(diào)節(jié)的油氣懸架系統(tǒng)，引入電子監(jiān)控儀表盤，聲光信號(hào)報(bào)警等人性化的設(shè)計(jì)理念，為操縱人員創(chuàng)造安全舒適的作業(yè)環(huán)境。
　　3.4.3外觀造型
　　注重礦山機(jī)械外觀美學(xué)和機(jī)體本身的流線型設(shè)計(jì)，達(dá)到機(jī)械與環(huán)境的和諧，給人以視覺(jué)上的美感。礦山機(jī)械的造型不是單純的能上能外觀形式，而是功能、材料、結(jié)構(gòu)、人機(jī)關(guān)系以及生產(chǎn)工藝等因素的綜合表現(xiàn)。在進(jìn)行造型設(shè)計(jì)時(shí)，一方面需要運(yùn)用藝術(shù)手段和美學(xué)法則，使得采用了現(xiàn)代技術(shù)的產(chǎn)品具有符合人們審美要求的造型美感；另一方面為了有效的發(fā)揮產(chǎn)品的功能，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和形態(tài)又必須更加合理化。
　　21世紀(jì)的中國(guó)已經(jīng)成為礦山機(jī)械制造大國(guó)而讓世人矚目，然而我們并不是礦山機(jī)械制造強(qiáng)國(guó)，我國(guó)制造的有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的礦山機(jī)械高端產(chǎn)品至今并不多。通過(guò)自主創(chuàng)新，發(fā)展數(shù)字化、智能化、生態(tài)化與宜人化礦山機(jī)械，實(shí)現(xiàn)重大裝備，高端成套，為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。