简述我国矿山机械的发展现状.docx
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简述我国矿山机械的发展现状
毕业论文
论文题目:
简述我国矿山机械的发展现状
所属系别机电工程系
专业班级10汽车电子技术5班
姓名
学号
指导教师
撰写日期2013年4月
摘要
我国土资源部2008年发布了《关于促进深部找矿工作指导意见》,以促进我国固体矿产勘查向深部拓展。
这显示出矿山机械设备股将面临着新一轮的行业需求,尤其是钻探、野外寻矿等诸多设备。
越来越多的矿山开始使用机械化作业,提升矿山的开采率,消除安全隐患。
在煤炭、铜矿、锌矿等矿山的机械化程度已大大提升,使矿山机械设备的市场容量大大增强。
我国煤炭行业“十一五”期间将新建煤矿规模3亿吨左右,将对工业结构进行调整,大力整合、改造现有煤矿、关闭小煤矿、淘汰落后的生产能力,加快大型煤炭基地和现代化大型煤矿的建设,这为我国矿山机械企业的发展提供了良好的机遇。
矿山机械在计算机技术、网络技术等多学科综合集成的支持下,面向经济建设,在市场需求的驱动下,在人类与自然界的和谐发展中,矿山机械已经向着数字化、智能化、生态化和宜人化方向发展。
本文首先谈了国民经济建设中矿山机械的作用,分析了我国矿山机械行业发展情况,矿山机械未来发展趋向信息化环保化进行了论述,并进行了总结。
关键词:
中国,矿山机械,发展
Abstract
Thisshowsthattheminingmachineryandequipmentsectorwillfaceanewroundofindustrydemand,especiallydrilling,fieldtofindmineandmanyotherdevices.Moreandmoreminesbeginusingmechanizedoperations,enhancetherateofexploitationofmines,eliminatesecurityrisks.Greatlyenhancethedegreeofmechanizationofcoal,copper,zincandothermining,miningmachineryandequipmentmarketcapacityisgreatlyenhanced.China'scoalindustry,"EleventhFive-Year"periodwillbeabout300milliontonsofthenewscalecoalmines,willadjustindustrialstructure,vigorouslyintegration,thetransformationofexistingcoalminesshutdownsmallcoalmines,eliminatebackwardproductioncapacity,acceleratethelarge-scalecoalbasesandmodernlargecoalmineconstruction,whichprovidesagoodopportunityforthedevelopmentofminingmachineryenterprisesinChina.Miningmachineryincomputertechnology,networktechnologyintegratingthemultidisciplinarysupportforeconomicconstruction,drivenbydemandinthemarket,intheharmoniousdevelopmentofmanandnature,miningmachineryhasmoveddigital,intelligent,ecologicalandpleasantdirection.Firstlytalkabouttheroleofminingmachineryinthedevelopmentofnationaleconomy,thedevelopmentofminingmachineryindustryinChina,miningmachinerydevelopmenttrendofenvironmentalprotection,informationtechnologyarediscussedandsummarized.
KeyWords:
china,miningmachinery,development,briefly
目录
1引言1
2国民经济建设中矿山机械的作用1
3我国矿山机械行业发展概况2
3.1资源对中国矿山机械的影响3
3.2矿山机械设备的类别3
3.2.1采矿设备4
3.2.2选矿设备4
3.2.3探矿设备4
4矿山机械的发展4
4.1固体废弃物处理装备4
4.1.1矿渣处理装备4
4.1.2废钢处理装备5
4.2数字化矿山机械设备5
4.2.1矿山机械产品开发数字化5
4.2.2企业协作数字化5
4.2.3矿山数字化6
4.3智能化矿山机械7
4.3.1地下矿产资源自动化开采7
4.3.2海底矿产资源开采遥控及无人操纵7
4.3.3机械结构健康自检测及健康自诊断8
5矿山机械未来发展趋向信息化环保化8
5.1 越来越“大”,越来越“全”9
5.2中国市场趋向国际化9
6总结9
致谢10
参考文献11
1引言
矿山机械行业是为固体原料、材料和燃料的开采和加工处理提供装备的重要装备制造行业之一,服务于黑色和有色冶金、煤炭、建材、电力、化工、核工业等重要基础工业部门,产品在交通、铁道、建筑、水利水电等基础部门的基本建设中也有大量应用。
2012年全国地质调查工作会议近日在京召开。
随着国家公益性地质勘察力度不断加大,一系列世界级矿产基地在西部地区陆续发现,我国重要矿产资源分布格局正在发生全面改变。
中央财政拉动了10倍的地方和社会投入,有力地促进了商业性地质工作。
尤其是近年来,公益性地质工作拉动了西部地区矿产资源勘查,有望形成一批大型铁矿基地、千万吨级铜矿和铅锌矿基地、千吨级金矿基地、亿吨级铝土矿基地,将逐步改变我国重要矿产资源分布格局。
矿产分布格局的突变将拉动矿产资源类开发的狂热,对于工程机械而言,将带动矿山机械的需求,间接的带动矿山机械的发展。
2国民经济建设中矿山机械的作用
矿山机械在经济建设、科技进步和社会发展中占有十分重要的地位和作用,属于国民经济的支柱行业。
矿山机械制造业是国家建立独立工业体系的基础,也是衡量一个国家工业实力的重要标志。
根据国家重点支持能源、交通和原材料等基础工业发展的产业政策,矿山机械作为这些基础工业的支柱应优先得到国家的重点支持,以得到进一步发展和提高,为煤炭、金属和非金属矿山的开发提供更多的具有国际先进水平的优质、高效设备,满足国民经济发展对能源和原材料的需要[1]。
我国矿山机械制造业经历了引进消化吸收国外先进技术、合作设计和合制造、自主设计的发展道路,特别是在实施《国务院关于加快振兴装备制造业若干意见》的推动下,矿山机械制造业基本实现了两大转变,一是产品开发由仿制型向自主创新型转变;二是经济运行由粗放型向效益型转变。
2000年以来,在国内基础工业和基础建设大发展的拉动下,矿山机械产品市场需求旺盛,工业总产值和销售额年增长速度稳定在32%~40%。
市场需求在带动矿山机械制造业经济增长的同时,更促进了整个行业的技术进步,涌现了一批具有自主知识产权的重大新产品。
维科重工作为矿山机械行业的制造者,研发生产的破碎机设备,制砂机设备,磨粉机设备,以及石料破碎生产线,制砂生产线,工业磨粉生产线等配套设备,特别是今年研制出了的西蒙斯圆锥破,液压圆锥破的改进产品等。
这些重大新产品的成功研制,为国民经济建设做出了积极贡献,同时缩小了与先进国家的差距,提升了参与国际竞争的能力,我国矿山机械行业在国际矿山工程建设中正在发挥越来越大的作用[2]。
矿山机械的发展——人类的技术进步、现代科学技术和整体工业水平息息相关,特别是与机械工程科学和采矿学科的发展紧密相连。
现代科学技术前沿具有明显的时域、领域和动态特性。
信息科学、材料科学、生命科学、纳米科学、管理科学和制造科学是改变21世纪的主流科学,由此产生的高新技术及其产业将改变世界。
不同科学之间的交叉融合将产生新的科学聚焦,经济的发展和社会的进步对矿山机械产生新的要求和期望。
机械工程科学发展的总趋势将是数字化、智能化、精密化、微型化、生命化和生态化。
矿山机械作为机械工程学科的一个分支,也遵循这个发展的总趋势。
同时,结合矿山行业的特点,其发展趋向是数字化、智能化、生态化和宜人化。
矿山机械制造业应不断融入人类在各领域的优秀成果,面向国家经济建设重大需求,以科学发展观为指导,实现可持续发展。
3我国矿山机械行业发展概况
矿山机械是专业从事生产各种采矿机械和练矿机械的行业,然而由于经济的发展和消费的需求增加以及可观的利润是很多企业涌入到了这一行业。
然而企业的增加是目标客户市场被分散,利润空间大量缩水,使生产商往往根据市场上原有的矿山机械设备来仿造生产,而不是创新技术和提升科技含量。
市场上一款新的产品的出现很快就被仿造和拷贝,国外产品的大量涌入和竞争压力。
国内市场的无序竞争和行业产品更新速度慢,技术提升周期长都是制约矿山机械行业发展的关键,如何使这一行业迅速提升产品价值和提升技术含量以此来带动整个行业的发展来应对国外生产商的竞争压力,是国内矿山机械行业所面临的首要问题[3]。
另外中国的矿山机械行业是朝阳行业,矿业开采呈现大型化发展趋势,未来国内矿山开采自动化设备及安全设备的需求将会迅速增长。
业内人士表示,纵观矿业行业未来的发展前景,矿山机械企业想要抓住机遇,需要考虑环保等综合指数,做好新产品、新技术、新工艺的开发,以应对矿业发展对新型装备的需要。
3.1资源对中国矿山机械的影响
矿产资源是人类赖以生存的自然资源,是绝大多数工业品的重要原材料,但又是不可再生的有限资源。
由于勘察开采技术和矿山机械设备较为落后,目前我国矿产资源没有完全合理利用。
随着低碳时代的来临,绿色环保主题倡导循环经济的发展,我国出台资源整合等各种措施保证矿产资源的合理利用,矿用挖掘机、装载机、潜孔钻机、破碎机、破碎站等矿山机械将面临新的发展机遇和挑战。
随着我国工业化、城镇化进程的推进,矿产资源市场需求持续快速增长。
预计到2020年我国煤炭、铁矿石、精炼铜、铝等国民经济支柱性矿产储备量将严重不足,对外依存度直线上升[4]。
与此同时,中钢协与三巨头关于铁矿石谈判的遥遥无期,力拓引起海外铁矿石涨价风波不断。
我国急需提高矿产勘察和开采技术水平。
研究发现,我国矿产资源潜力很大,具有提高保障程度的有利条件。
我国成矿地质条件有利,主要矿产资源总体查明程度约为三分之一,多数重要矿产资源勘查开发潜力较大。
煤层气处于勘探初级阶段,将成为我国能源资源的重要组成部分。
重要金属矿产资源查明程度平均为35%,铁、铝等大宗矿产查明率为40%左右。
西部新区和中东部隐伏矿床的找矿潜力巨大,危机矿山接替资源找矿成果表明,已知矿床深部和外围大多具有增储挖潜条件。
同时,我国矿产资源节约与综合利用潜力巨大,通过加强管理、推进科技进步和发展循环经济,提高矿产资源利用效率有较大的空间。
3.2矿山机械设备的类别
矿采作业中会应用都很多的专业性机械设备大致分为采矿设备,选矿设备,和探矿设备。
矿山机械设备是指直接用于矿物开采和富选等作业的机械,包括采矿机械和选矿机械。
探矿机械的工作原理和结构与采矿机械大多相同或相似,广义说也是一种矿山机械。
矿山作业中还应用大量的起重机、输送机、通风机和排水机械[5]。
3.2.1采矿设备
掘进的有掘进机、扒矸机、皮带运输机、转载机、破碎机等采煤的有采煤机滚筒采煤机、刨煤机、弯曲刮板运输机、自移式液压支架、桥式转载机和伸缩胶带运输机/液压支架/刮板输送机等。
3.2.2选矿设备
按选矿流程可分为破碎机械,粉磨机械、筛分机械、机械和脱水机械,以及各种生产线等。
其中分选机械按作用原理分为重力选矿机械、磁选机、浮选机和特殊选矿机械。
选矿机械还用于建材、化工、玻璃、陶瓷等其他工业部门。
选矿是在所采集的矿物原料中,根据各种矿物物理性质、物理化学性质和化学性质的差异,选出有用矿物的过程。
实施这种过程的机械称为选矿机械,选矿机械按选矿流程分为破碎、粉磨、筛分、分选(选别)和脱水机械。
3.2.3探矿设备
主要有转钻机,回转式立轴钻机,井架(钻塔)、绞车、动力机(电动机、柴油机)和泥浆泵等设备,以及机械手和拧管机等附属设备。
4矿山机械的发展
4.1固体废弃物处理装备
未来30年全球在信息技术、环境、能源、制造业等领域将出现“十大新兴技术”,“固体废弃物处理技术”被列在第二位。
国家科技部强调,固体废弃物的处理要无害化、减量化、资源化。
4.1.1矿渣处理装备
矿渣是高炉炼铁、炼钢过程中生产的必然产物,如每炼1吨钢约产生12%~14%的钢渣,目前钢渣利用率约10%。
大部分的钢渣堆弃造成金属和钢渣资源的浪费,污染环境,破坏生态景观,占用土地,不符合循环经济和可持续发展的基本国策。
国家“十一五”计划下达了冶炼渣综合利用率达到86%的指标,使得钢铁企业目前面临钢渣“零排放”的紧迫任务。
钢渣的破碎和粉磨需要带有液压保护的颚式破碎机和辊磨机,钢渣破碎后可以实现钢渣中金属全部回收;使用钢渣代替石灰石焙烧水泥熟料,实现钢渣的资源化利用等。
金刚渣的破碎和粉磨装备的发展有着较好的发展前景,将直接推动矿渣资源的回收再利用。
4.1.2废钢处理装备
废钢铁为钢铁生产中唯一能替代铁矿石的原料,最大限度地开发应用废钢铁资源是钢铁工业实现节能减排、清洁生产、循环经济、缓解铁矿石资源危机的重要途径。
我国目前废钢循环利用率为19.9%,远低于世界平均水平的48.3%。
国外废钢处理产业发展的趋势是以废钢破碎分选处理为龙头,利用环保、机电一体化等高新技术,研究并开发新型废钢铁综合处理技术,形成新的环保高科技产业及新的经济增长点[6]。
通常,废钢处理需要破碎钢片入炉,再改善回收钢品质。
废钢破碎机主要有两种,即碎屑机和破碎机。
破碎机有锤击式、轧辊式和刀刃式几种。
废钢处理是目前国家重点解决和大力支持的节能减排项目,因此,废钢破碎机具有较好的应用发展前景。
4.2数字化矿山机械设备
4.2.1矿山机械产品开发数字化
目前矿山机械产品的开发呈现数字化、并行化、集成化和知识化的趋势。
其中数字已成为实现快速创新开发的核心技术。
产品开发数字化的基本构思是利用数字对产品开发过程中的各种信息,包括图形、数据、知识、技能等,进行定量表达、存储、处和控制,从而实现以快速市场响应和创新开发为目标的全局优化运算。
除传统的CAD/CAE/CAPP/CAM等计算机辅助设计与制造技术外,支持快速产品开发的数字化技术还包括数字建模与仿真、数字样机与虚拟制造、基于知识的设计技术和设计仓库、基于网络的产品协同设计等。
产品开发数字化的一个重要特征是产品开发和产品性能的可预测性。
制造过程数字仿真的目的是借助于建筑在物理学和数学基础上的计算模型、计算机预演等手段,揭示制造工艺过程的本质,获得知识及进行制造工艺装备的自主设计,实现对产品制造、装配乃至产品整个生命周期过程的预测和优化控制能力。
主要内容包括:
设计过程仿真,包括外形仿真、装配仿真、运动学仿真、动力学仿真和多学科集成仿真等;加工过程仿真,包括切削过程仿真、焊接过程仿真、冲压过程仿真和铸造过程仿真等;生产过程仿真,通过建立制造系统的静态模型和动态模型,精确预测技术可行性、加工成本、工艺质量和生产周期。
4.2.2企业协作数字化
以因特网为代表的网络技术,使设计制造各个环节的信息与知识在数字化描述的基础上得到流通与集成,从而使异地的、不同企业的资源可以共享,使企业组织的组元化、分布化和扁平化成为可能,为用户介入生产、供应链与制造企业共同保证产品供货期和质量提供了条件[7]。
大型矿山机械设备具有技术含量高、投资额大、批量少、工作环境恶劣及研制试验周期长等特点,其开发适合采用全球分布式网络化协作模式,能够快速响应市场需求,实现资源的全球最优配置,通过虚拟价值链,快速满足顾客价值最大化的根本需求。
未来矿山机械制造系统不再是单个企业与长期合作的有限供应商的稳态组合,而是无国界的、多企业的、短期的最优的动态系统。
4.2.3矿山数字化
近年来,地理信息系统在许多矿山得到迅速发展,它将地质勘探数据、测量数据、地质矿床模型、全矿巷道分布、地面各种建筑设计和总图布置综合在一起,以三维立体形式表现矿山内矿床、巷道和建筑间的相互关系,一目了然地表面矿山的空间组成和结构,构成了“数字化矿山”的基础。
海量数据的存贮技术、数据挖掘技术、多维可视化与虚拟现实技术以及光纤维通信技术和宽带计算机网络技术,各种新型采掘设备、选冶设备及相关控制管理系统为数字矿山建设提供了强大的技术支持[8]。
数字化矿山的功能包括:
生产管理。
各种数据的采集、生成,实现了物流、资金流、人员流等实时动态查询,方便了管理层的科学决策;结合全球定位系统,实现车辆的调度、设备作业定位导向、地面的工程测量等。
生产监测控制管理包括产品质量实时监控,电铲有效载荷称量、铲斗装载精确定位检测;设备的运行状况诊断;能源消耗的分析;露天边坡体形变、滑塌位移监测和排土场灾害防治和控制等。
露天矿运输作业成本约占总成本60%,大型露天矿中电铲和汽车调度是矿山管理的重要内容,通过GPS卫星定位和多频道无线电通信,实现车-铲-调度室之间的信息传递。
在软件上采用线性规划加动态规划的自动调度模式。
首先在每班作业前用线性规划做出总体安排,然后随作业的进展在线及时地用动态规划予以修正,美国Modular公司著名的DISPATCH软件就是典型的示例,提高矿山企业的生产效率。
数字化给矿山描绘了新的远景,挖掘整合企业的信息资源,实现露天采矿工业流程的再造,完成矿床地质环境建模、生产计划制定执行、生产调度、产品质量监控、设备状况诊断、人员调配、物流、资金流以及工程灾害预警、局域环境监测、特殊工况条件下专家评估决策等子系统的构建、融合,使整个企业成为一个完整、流畅的管理系统[9]。
4.3智能化矿山机械
4.3.1地下矿产资源自动化开采
信息技术的进步,推动无人采矿技术从现行的、以传统采矿工艺自动化为核心的自动采矿或遥控采矿,向以先进传感器及检测监控系统、智能采矿设备、高速数字通信网络、新型采矿工艺等集成化为主要技术特征的“无人矿山”发展。
煤矿开采实现综采工作面液压支架操作自动化。
该技术将液压支架的降架、升架、推移首部输送机、拉后部输送机、收伸侧护板、喷雾洒水及放顶煤等动作由原来的手工操作改为电液自动控制、程序化操作,可以有效地减少工作面工人数量,最终实现井下无人开采自动化工作面[10]。
目前,液压支架电液控制技术已经成熟。
美国、澳大利亚和德国的液压支架普遍使用了电液控制系统。
自20世纪80年代中后期开始,加拿大Noranda技术中心为金属矿床地下开采研制了多种自动化设备,包括LHD铲运机的光学导航系统、遥控辅助装载系统、自动行走系统等。
这些技术及系统在推广应用中取得了理想效果。
Noranda的自动采矿技术及系统可以在不同的采矿条件下独立运用,也可以用于中央集群多车遥控系统,较好地适应了多个矿山开采、不同生产规模和复杂矿体条件的实际需要。
地下自动采矿需要研究与开发相应的先进传感技术及检测监控技术、开发智能化操作软件,通信系统向国际标准现场总线靠拢等。
井下环境要素如温度、湿度、空气组分、采场地压、巷道围岩变形等变量的检测监控技术、矿炭爆堆的块度及其分布、有用矿物品位及其分布等参数的实时分析技术、基于井下环境,空间距离识别、定位及导航技术,诸如埋线导航系统、无源光导系统、有源光导系统、墙壁跟踪系统、惯性导航技术及装备,使智能采矿设备具有视觉、力觉、感觉等功能,能感知环境变化,做出反应,具有自适应能力。
4.3.2海底矿产资源开采遥控及无人操纵
占地球表面71%的海洋洋底蕴藏着极其丰富的矿产资源,主要包括镍、钴、锰、金、银、铝等矿产资源。
深海资源开采技术是指将深海底赋存的多金属结核、钴结核、多金属硫化矿从海底采集并输送到水面的相关技术。
目前只有多金属结核的开采技术已基本形成了具有商业开采应用前景的技术原型,主要内容包括海底电视系统、声呐系统、传感器与数据传输系统、不同赋存状态海底矿产资源的采集方法和机构装备的行走与控制技术、海洋风、浪、流作用下矿物结核长距离管道输送技术、海洋采矿装备的升降补偿技术和整体系统联动控制技术等[11]。
海底资源开采机械能够远距离操纵和无人驾驶,人在机器工作环境以外,通过人眼直接观察或借助摄相机观察机器人工作远距离遥控操作者本身在控制室内遥控操纵,系统应具有临场感效果,让操作者身临共境地进行操作,除要求从机器反馈回声音信号外,还要求在操作上有图形显示能力,将在机器上采集的有关机器完好情况和工作性能的信息传输到操作员工作站。
在采矿机器人利用多种传感器的信息,动态实时作业环境,并自主作业方面,有很多问题还有待研究。
4.3.3机械结构健康自检测及健康自诊断
传统的机械结构没有生命、没有智能,不能感知外界作用和内部损伤,不能做出适当响应保护自己使结构处于最佳状态,因此外部载荷及环境的变化,以及自然及人为因素的影响,将会使结构性能下降乃至破坏,使人民生命财产受到严重威胁[12]。
为了保障结构的安全,设计者往往采用保守设计,增大结构尺寸与质量,从而增加消耗,降低结构的有效载荷,增加人力、财力和资源的消耗。
随着信息工作与材料科学技术的发展,科学家和工程师们从生物体进化的学习与思考中受到启示,提出了力图从根本上解决工程结构在全生命周期内的安全,全面提高结构性能的新思路,引入智能结构和系统的概念。
智能结构以生物界的方式感知结构的状态和外部环境,并及时做出判断、响应和自适应。
矿山机械的结构健康直接影响矿山安全生产和矿工生命安全,矿山机械结构自检测及自诊断系统采用集成传感器、控制器及执行器为一体的智能结构,赋予结构健康自诊断、环境自适应,以及损伤自修复等某些智能功能与生命特征,达到增强结构安全,减轻质量,降低能耗,提高性能的目的,是未来重大矿山机械产品在线监测的方向。
5矿山机械未来发展趋向信息化环保化
据了解,随着国家加强基础设施建设政策的实施,矿山机械的发展迅速扩张,国外的一些企业纷纷将目光转向中国,我国市场越来越国际化。
针对这一国情,我国矿山机械企业的道路又在何方?
5.1 越来越“大”,越来越“全”
所谓大,一方面是破碎机市场越来越大。
据统计2010年破碎机的销量已经超过了16万台,加上没有纳入统计的部分厂家,全年超过了17万台磨煤机。
另一方面,圆锥破碎机制造商的队伍也越来越大了。
所谓全,一方面是几乎所有的国际圆锥破碎机品牌都进入中国市场,而且品牌很全。
就连相关的零部件供应商包括发动机以及液压件等都在抢占市场份额[13]。
原来生产类型很单一的厂家也纷纷涉及不同的发展领域,大多都以破碎设备和磨粉设备为核心产品作为发展战略。
从产品类型来看,产品系列也越来越全。
可谓是吨位越来越大,产品越来越全。
5.2中国市场趋向国际化
现在,几乎所有的全球矿山机械厂家都已经进入中国市场,或合资或独资。
而且相当数量的跨国公司已经把亚太仍至全球的重心转移到中国市场,由此可见,中国的市场竞争会越来越激烈,而身
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