金属矿区开采中电工技术与电子技术改革研究.pdf

世界有色金属2023年7月上208金属矿区开采中电工技术与电子技术改革研究孙贤德（甘肃省武威市凉州区职业中等专业学校，甘肃 武威 7 3 3 0 0 0）摘 要：市场经济的发展促进了中国产业技术的变革,在中国工业产业化的发展过程中,对 矿业作为工业技术的第一生命供给 也产生了大量的要求。所以,矿山企业的开采质量与生产效率已经成为了制约中国产业经济增长的主要问题。这就要求人们以务实发展的心态,脚踏实地,逐步摸索更有效、更安全、更简单、生产成本较低廉的挖矿工艺,并全面改善现行挖矿工艺。从而优化矿业产品结构,促进矿业产品标准化、专业化、规模化的生产。所以，本章将就金属矿区开发的电工技术和电子工艺展开深入探讨，希望能为相关人员提供参考。关键词：矿区开采；电工技术；电子技术中图分类号：T D 8 5 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 2-5 0 6 5（2 0 2 3）1 3-0 2 0 8-3Research on the Reform of Electrical and Electronic Technology in the Mining of Metal Mining AreasSUNXian-de(L i a n g z h o u V o c a t i o n a l S e c o n d a r y S c h o o l,Wu w e i C i t y,G a n s u P r o v i n c e,Wu w e i 7 3 3 0 0 0,C h i n a)Abstract:T h e d e v e l o p me n t o f ma r k e t e c o n o my h a s p r o mo t e d t h e t r a n s f o r ma t i o n o f i n d u s t r i a l t e c h n o l o g y i n C h i n a,t h e r e a r e a l s o a l a r g e n u mb e r o f r e q u i r e me n t s f o r mi n i n g a s t h e p r i ma r y s u p p l y o f i n d u s t r i a l t e c h n o l o g y i n t h e p r o c e s s o f C h i n a s i n d u s t r i a l i n d u s t r i a l i z a t i o n.T h e r e f o r e,t h e mi n i n g q u a l i t y a n d p r o d u c t i o n e f f i c i e n c y o f mi n i n g e n t e r p r i s e s h a v e b e c o me t h e ma i n c o n s t r a i n t s o n C h i n a s i n d u s t r i a l a n d e c o n o mi c g r o w t h.T h i s r e q u i r e s p e o p l e t o a d o p t a p r a g ma t i c a n d d o w n-t o-e a r t h a t t i t u d e,g r a d u a l l y e x p l o r e mo r e e f f e c t i v e,s a f e r,s i mp l e r,a n d c o s t-e f f e c t i v e mi n i n g p r o c e s s e s,a n d c o mp r e h e n s i v e l y i mp r o v e t h e c u r r e n t mi n i n g p r o c e s s e s.T h u s o p t i mi z i n g t h e s t r u c t u r e o f mi n i n g p r o d u c t s a n d p r o mo t i n g s t a n d a r d i z e d,s p e c i a l i z e d,a n d l a r g e-s c a l e p r o d u c t i o n o f mi n i n g p r o d u c t s.T h e r e f o r e,t h i s c h a p t e r w i l l d e l v e i n t o t h e e l e c t r i c a l t e c h n o l o g y a n d e l e c t r o n i c p r o c e s s e s i n v o l v e d i n t h e d e v e l o p me n t o f me t a l mi n i n g a r e a s,h o p i n g t o p r o v i d e r e f e r e n c e f o r r e l e v a n t p e r s o n n e l.Keywords:mi n i n g a r e a mi n i n g;E l e c t r i c a l t e c h n o l o g y;e l e c t r o n i c t e c h n i q u e收稿日期：2 0 2 3-0 4作者简介：孙贤德，男，生于1 9 8 5 年，汉族，甘肃武威人，讲师，本科，研究方向：电气工程及其自动化。目前中国的采矿行业众多，除了煤炭以外，大部分稀有金属矿产的开采方式都是在地表进行露天开采。然而，随着开采量逐年增加以及磨碎后稀有金属矿产储量的不足，多年后很可能需要从磨碎开发转向地下开采。但众所周知，地下开采的复杂性将远远超过磨碎开发。由于矿井环境恶劣，存在许多未知因素，滑坡、气体爆炸、有毒气体排放等危险情况时有发生。这事关井下作业人员的生命安全和矿山企业的资产安全，给其带来实时危害1。随着现代电气信息技术的蓬勃发展以及矿业电子信息技术在矿山开发和生产中广泛应用，越来越多的矿业公司积极参与矿井内电气信息化的安全监控工作，为矿井的安全工作和矿山职工的健康安全工作做出了突出贡献，同时也显著提高了企业效益。1 采矿技术现状空场开采法、崩落开采法、充填采矿法，是中国现代采矿业的基础技术与关键工艺，它们的方法、技术及设备相较于以前已经得到了很大的提高和改善。1.1 空场开采法由于地下矿井的恶劣条件，在开采过程中空场开采法发挥了露天开采工艺的优点。它不仅能保证安全，还能充分发挥分段开挖的优势，有效克服了井下开采的困难。在开采工程中，常常出现坑深、坑大、空场小、采区工作面大的情况。虽然有多种方式来进行坑掘，但是露天开采方法因其独特的工艺以及强大的装卸设备，能够提高不同层次的开采速度和采掘能力。因此，露天开采技术受到了国内外的广泛重视。使用该技术不仅能明显提高挖矿效益，还可以大幅度节约挖矿成本，真正实现高效快速的开采。1.2 崩落开采法无底柱二分块崩落技术是一种先进、有效、安全且快捷的采矿方法，在我国冶金地下开采中的应用率已超过80%，在我国矿山领域占据了重要地位。此技术通过不断增加小物件的数量，最终引发岩石的崩落，每次使用都会导致矿石爆炸。当使用规模大、综合规模大之后，不仅可以从各方面提高挖矿效果，还能够省去不必要的中间环节，节省挖矿时间，进一步降低挖矿成本，获得可观的经济效益。所以，无底柱分段崩落法在采掘业中具有无可比拟的重要地位。1.3 充填采矿法充填采矿技术结合了各种工艺和大型机械技术的优点，尤其在落矿、支护和矿石提取等方面具有优势。在充填过程中经历了三个不同阶段的发展。首先是胶结充填技术水平的迅速提升，其次是分级尾矿胶结充填，最后发展到全尾矿高氧气含量的有机废水胶结充填，然后是不完全脱水，最后是无收缩全尾矿胶结充填2。在开采过程中，只有通过提高层层和断面的高度，才能进一步开采大洞，并根据采场构造参数的变化进行面板的机械填充。这样，整个充填设备系统就2023年7月上 世界有色金属 209可以进入半自动化阶段。在中国充填采矿技术的发展过程中，一些具有世界领先水平的充填采矿技术也在中国得到了更加合理的应用。在一定程度上，克服了中国矿山工艺技术的缺陷，彻底改变了中国地下金属行业的被动局面，创造了我国优质、低成本资源开采的先河，同时也展示了我国采矿技术的快速增长。2 矿产企业电子技术发展概况在电子信息技术即将成为世界第一大产业的今天，电子信息技术的发展趋势已经大大超出了人类的想象，应用领域无孔不入。人类能够取得今天的进步，与现代电子信息技术的飞速发展密不可分3。然而，矿业公司也认识到，在矿井生产中引入现代的生产计算机技术、自动控制技术、可视化监测技术以及合理的能量控制方法将减少矿井火灾和生产事故的发生，节约能源，并降低对环境的高风险。因此，电子计算机技术将广泛应用于采矿业中。自矿井可燃气体传感器和井下无线通信技术问世以来，矿井安全生产工作迈入了一个崭新的发展时期，技术人员能够在地面上远距离监视瓦斯情况，保护矿井现场，同时实时掌握出矿井时所处气井位置的具体情况。此外，大功率矿用机电器件的出现为提高生产率和矿难救援能力提供了有力的技术保障。3 金属矿区开采中电工技术与电子技术应用3.1 电工测量技术在金属矿区开采中应用实践探讨在金属矿区开发的工程中，为了顺利完成某项检测工作，应在明确要求的前提下，考虑具体的检测要求，正确选择检测仪器和工具，并检查电路和设备。如果仪器的选择不当，可能导致测量误差较大，无法确定仪器的具体工作情况。因此，电工检测一般需要针对以下情况正确选择仪器。3.1.1 电工测量仪表的选择根据被测电量的特点选择仪表。根据被测电源的类型，即直流电或交流电，选择相应的直流电表或交流电表。然而，在实际现场操作时，如果同时存在数字表和指针表，则要根据数字表的特点选择合适的仪表。对于指针表，如果被测电量是直流电，通常会使用磁电式仪表进行测量；如果被测电量是交流电，通常会使用电磁仪表进行测量。根据测量精度的需求选择设备。根据实际需要选择适合精度等级的设备，以确保试验结果在可控范围内变化；例如：使用当前参数有效并利用万用表进行测试时，电测可能不够准确；使用兆欧表测量线路和机电设备的绝缘电流；使用接地电阻表测量接地电阻；使用高精度直流电桥比较器测试开关、继电器、电动机绕组和变压器绕组的电阻。从提高测量精度的角度来看，测量精度越高越好，但是高性能仪表对环境的要求也更高。若操作不符合要求，测量误差将会很大。通过仪表的内部电阻来判断仪表。仪器的内部电阻大小反映了其所耗费的电力多少。为了使仪表在接通电路后能够保持电路的正常运行情况不变，并提高测量数据的精度，必须使用电流指示灯和开关电源。仪表电流线圈的内部电流也应尽可能大（例如，磁电式电压表通常为2k/V，有些甚至高达100k/V），内部电流的限值越高，设备的内阻越低，准确度也越高，对检测结果的影响也就越小。综上所述，在选择设备之前，应兼顾上述各种因素。精度和测量限度是选择仪表的关键因素。在测量高压电阻电路时，考虑仪表的内阻是一个重要因素；从成本角度考虑，普通仪表可以满足测量要求，不一定需要高精度仪表，应充分利用各种电工仪表进行检测。3.1.2 电工测量仪表的应用独立计算电流测量值：电流测量的准确性是评估发电可靠性的一种方法，而电流稳定性则是电子设备运行的重要保障。很多人认为电源是稳定的，只有在遭受触电时才会出现问题。然而实际上，不仅电源故障会降低其效率，大负载的不当使用也会导致电源效率的降低。在矿井底部，机电设备的最大电流必须超过5%的范围，否则会对电气设备的运行造成干扰。确定额定电流：额定电流是评估发电机正常工作的重要指标。过电流指的是实际流经用电设备且超过其额定电流的电流，且持续时间超过设备通电时间。它可能引发火灾、形成燃料泄漏或者引发粉尘爆炸。测量矿山电气设备电流流量常常使用钳形电流表，其优点在于可以在不中断电路的情况下进行电流测量。而万用表、电磁钳形电流表以及变压器钳形电流表可用于测量交流电流和直流电流。测量绝缘电阻：绝缘电阻的水平也是反映电气设备特性的一个重要因素。在日常运行中，通常会在对电气设备进行绝缘检查之前使用兆欧表来测量设备的绝缘能力，并尽可能加以改进。对于不同电流等级的电气设备，兆欧表的基本条件和要求也不同：对于电流测量值低于1000V的设备，应使用500V至1000V的兆欧表；对于电压大于1000V的设备，应选用电压低于2500V的兆欧表。此外，电桥主要用于计算电阻、电感和电容等关键电路系数，计算精度较高。而接地电阻测试仪则通常用于测量装置和探测器的接触电阻，任何接地电流的值都不应超过2欧姆。除了上述电气设备，变电所内还有功率表、电流表和电能表。功率表用于测量电力系统中的功率，而电能表则用于测量用户的用电量。提高能效、降低能耗，提高电网能量利用率一直是我们关注的问题4,5。因此，在电源设计中，我们应尽量使功率因数接近0.91，以进一步提高电网能量的利用效率。通过测量机电设备的电压、电流、绝缘电阻等电量和电参数，我们可以确定其是否正常工作，以确保矿山机电装置的安全运行。3.2 虚拟数字电工仪表系统在金属矿区开采过程中的应用在金属矿区的研究过程中，对虚拟数字电工仪表的总控制器设计工作主要包括硬件管理和应用两个部分。虚拟数字电工仪表的硬件管理系统由操作系统背板、模块化采集卡、主控卡等设备组成，而硬件管理系统部分则主要用于应用部分的整合。这些组成了整个系统的基本结构。在金属矿世界有色金属2023年7月上210区的开发计划中，虚拟数字电工仪表的硬件设计技术主要采用FPGA，并兼顾了可扩展性和开放性；而生产虚拟数字电工仪表的主要软件采用LABVIEW编程语言。该软件具有强大的定制功能、良好的可维护性和较高的编程效率。生产虚拟数字电工仪表的控制软件通过LABVIEW编程语言进行生产过程控制，利用虚拟数字电工仪表控制系统模拟采集卡中的双口RAM与计算机进行通信，通过背板总线发送指令，驱动程序将控制指令发送给主控卡，利用微处理器解析双口RAM中的指令，来控制译码和电路输出电平，从而控制多路开关和继电器在采集电路中实现选矿电路。该系统的设计范围包括以及检测对象。在采集虚拟数字电工仪表设备的信息后，将信息存储在FIFO系统采集卡的内存中，然后传输到LABVIEW进行整理分析。研究结果表明，利用虚拟数字电工仪表可以达到测量距离的目标。3.2.1 虚拟数字电工仪表的系统硬件设计虚拟数字式电工仪表控制器的硬件部分一般由控制器背板结构、模块采集卡的结构和确定界限控制器组成。在与控制器背板的电路连接部分，还包括触发线路、中断总线、信息传输线、共享线路和电源总线。触发线路是指虚拟的数字机械或机电控制器系统背板上的模块采集卡的触发信号电路的主要部分。中断线路主要用于虚拟数字机械单元上的采集卡或计算机控制卡的中断请求。数据传输电缆一般由控制电路、指令线和数据线组成。控制线用作主控信号的模块数据采集卡，其地址线最大容量为20，可以传输的内容最大可以超过2MB。数据线最大为16B，如果采用4B总线数据传输，则可以使用最小8B的数据连接线，但超过8B时会丢弃。其他公用线路还包括电源故障线路、系统告警电路和系统时钟电路。供电总线分为模拟电源和数字电源，为模拟采集卡和主控卡提供必要的直流电源，为电源系统提供服务。虚拟数据电工仪系统硬件模块采用模块化设计理念，作为系统信息采集的基础。主要包括通讯数据采集模块、数据和存储模块、译码功能模块。虚拟电工仪数据采集模块基于ICL7107单片机，通讯数据采集功能由AC/DC切换电路、直流高电压检测电路、电阻/电压转换电路、电流/电压转换电路和模数转换电路、电容/电压转换电路等元件组成。ICL7107包括计数器、译码器、积分器和比较器。虚拟数字电工仪表系统硬件的主控制器具有以下特点。首先，系统监控功能是其主要特点，可以监控模块采集卡的运行、机箱内部的温度调节和设备的供电。其次是指令分析功能，可以分析处理计算机发送的指令，并将指令发送给模块采集卡，其余数据发送给计算机。第三是系统模块的中断管理功能，可以及时处理中断信息。第四是触发控制，可以通过触发实现系统资源的调整和配置。最后是总线驱动，可以增强总线驱动负载的功能，提供大容量、高带宽的数据传输。虚拟数字电工仪表的复杂系统数据流是处理器进行大数据分析处理的关键。系统使用IN和OUT双同步的存储模式，端口一用于区块输出，默认端口零为控制端口，可进行中断块输入和双同步传输。主控卡和模块采集卡在传输数据时，都将传递的数据输入USB端点缓存管理，并由USB内部新增强的8051处理器对传输的数据进行分析控制。3.2.2 虚拟数字电工仪表的系统软件流程本文所提供的新型虚拟数字式电工仪表控制系统的软件设计采用软件系统，采用计算机语言进行程序设计。LABVIEW系统利用接口通讯功能完成硬件电路和上位机间的连接管理与消息传送。本数字电工仪器主要利用CLF功能，利用DLL功能即可实现USB接口和LABVIEW的动态连通。在数据采集过程中，还能够利用CLF功能将数据统一在LABVIEW中，支持完整系统的文字显示。将上位机的所有十进制通讯信息保存到LABVIEW中。对历史数据的存档与回放也是另一个主要特点。历史数据存档可以保留各组的资料，而历史数据回放则可以找到变化规律并对各群的历史数据进行分类比较。为了进一步提高在电路系统工程设计中的精度和虚拟数字电工仪表技术在矿山开发设计过程中的性能，本章还给出了一个全新的虚拟数字电工仪表技术设计方案。矿山电工仪表技术介绍，采用了虚拟仪表模块化的设计技术。为增强控制器的使用功能，在控制器的设置中引入了FPGA的硬件电路；在传感器的软件设计方面，引进了LABVIEW图形化编程语言，能够形成个性化的用户界面与系统服务程序。各种物理量的采集和信号显示，并能够设置实时的系统环境，实现各种数值、变量、信息数据处理和资料保存及播放。4 结语综上所述，在当前阶段，采矿业作为工业科技的重要组成部分仍然需求很大。对于相关技术的要求也更加严格。本文为了研究金属矿区开采中电工技术与电子技术，首先介绍了采矿技术的现状和矿产企业电子技术发展概况，并从电工测量技术在金属矿区开采中应用和金属矿区开采过程中的虚拟数字电工仪表系统应用两个方面对金属矿区开采中电工技术与电子技术进行研究，发现电子电工技术不仅能够保护金属矿区开采过程中的生产和人身安全，还能大大提高金属矿区开采的效率，可以广泛应用于金属矿区的开采。1张雷,郭郁汀,吴艳芳.有色金属开采中机械设备故障诊断及维修J.有色金属工程,2022,12(5):2.2张兆仁.金属矿区开采中电工技术与电子技术改革研究J.世界有色金属,2017(8):2.3李 海 峰.金 属 矿 山 深 部 矿 体 卸 压 爆 破 开 采 技 术 J.科 学 技 术 创新,2022(10):57-60.4佚名.矿山电工学:金属矿床开采专业用M.中国工业出版社,1961.5李宁.住友电工研发从废旧超硬工具回收稀有金属的技术J.稀有金属快报(08):49.