矿产资源的开发和利用程度, 标志这个国家的工业实力和水平, 而矿产资源的开发和利用主要是通过矿山机械来实现的。矿山机械属于重机装备, 服务于基础原材料工业, 是我国机械工业在长期的发展中出现的一个重要分支。长期以来, 矿山机械在国民经济生产现代化中起着不可磨灭的作用, 它不仅开发了我国的矿产资源, 而且推动了矿产经济的发展, 除此之外还实现了采矿行业的现代化。可见, 矿山机械在国民经济的发展过程中有着举足轻重的地位和作用。
近几年, 我国矿山机械行业通过不断与国外著名厂商合作, 引进了国外的先进的产品和技术, 推动力产品的更新换代的速度, 使得矿山机械行业有了长足的进步, 不仅在传统产品的结构、性能和外观方面上有了提高和改进, 而且在制造工艺技术水平上也有了提升。
但是随着科学技术的不断发展, 生命的安全与财产安全问题越来越受到人们的重视, 机械安全也逐渐形成了一门独立的学科, 并得到了社会的认同。首先, 处在重载、高速等环境下工作的矿山机械如果存在隐患而不能及时发现, 就可能导致如钢丝绳断裂、绞车损坏、皮带机着火等恶性事故的发生;其次, 随着采矿工业机械化程度的提高, 特别是大型和重型机械进入采矿场所, 安全隐患对其操作和周围人员伤害的可能性也在增大。
尤为重要的是, 煤矿都不同程度地存在瓦斯、煤尘突出的危险, 一旦遇到明火就会爆炸, 引发重、特大安全事故, 造成严重的人身伤害和财产损失, 为了坚决消灭引爆火源, 井下设备必须具有良好的防爆性能。每年由矿山机械设备隐患导致的安全事故都给煤炭企业造成巨大损失, 也给煤炭从业人员的人身安全造成严重威胁, 矿山机的安全问题越来越引起了人们的高度重视。因此, 对于我国采矿行业的特殊情况以及矿山机械的使用环境, 如何确保矿山机械安全来提高企业经济效益和安全性已经成为各矿山企业领导者亟待解决的问题。
我国矿山机械设备的装备水平参差不齐, 现役煤炭生产矿井大体可以分为四类:老矿及改扩建矿;现代化矿井;大型 (超大型) 现代矿井;乡镇中小型矿井。
(1) 老矿及改扩建矿多建于解放初期, 有的甚至是解放前期, 由于资金和企业观念上的问题, 仍然保留着建井初期的装备, 设备非常落后, 安全设计欠缺, 虽然进行过一些技术改造仍无法满足安全生产的要求;
(2) 现代化矿井大多建于20世纪80年代中、后期, 广泛采用了当时较为先进的综采机械, 其中国产设备占了主导地位, 完全采用国产装备的高产高效工作面不断涌现, 机电一体化在矿山机械设备上逐步实现;
(3) 大型、超大型矿井是近年来出现的, 普遍引进了国外先进的综采设备;
(4) 在我国现有的2.5万个煤矿中有2.3万个是乡镇中小型矿井, 几乎都由个人承包经营, 生产条件简陋, 生产方式原始, 普遍没有综采机械。
经过二十几年的研究、开发, 我国的交流电牵引采煤机已逐步走向成熟, 掘进机从轻型发展到了中、重型, 切割对象从煤拓展到了岩石, 长距离的带式输送机的质量也有了很大的提高, 多数国产设备已经有了在线检测和实时监控, 安全性大为提高。
1) 在线监测技术的应用
新型的大型矿山机械, 如开采、掘进和运输设备均实现了微机监控。新型的电牵引采煤机具有了建立在微处理机基础上的智能监控、监测和保护系统, 可以实现远近控制、工况监测及状态显示和故障诊断及预警;新型的掘进机可实现推进方向监控、电动功率自动调节、切割断面监控、工况监测和故障诊断;新型的输送机还具有了火灾监控等功能。在线工况监控与测量技术的实现使得视情维修制度这种科学的维修制度逐渐开展起来, 并且使得实时诊断成为可能。
2) 引入新的故障诊断方法
灰色分析、故障诊断人工智能专家系统、人工神经网络系统等技术已经开始应用于矿山机械故障诊断, 并且很多技术已经趋向成熟, 如线探伤技术、超声波技术、声发射技术、热象诊断技术、油样分析技术等。20多年来, 机械故障诊断专家系统研究一直比较活跃, 其原因是因为随着科学术的进步与发展, 大量矿山机械设备的结构、性能与作用等日益高级化、复杂化, 修理人员一般很难单凭经验解决问题, 需要利用人工智能, 将专家知识系统地存入计算机内以提供诊断支援。
矿山机械设计过程中会更多地采用机械安全设计技术, 特别针对井下瓦斯和煤尘的爆炸危险, 加强了矿山机械高防爆性能的本质安全设计, 将矿山机械的隐患与危险消除在设计过程的每一环节上, 从而保证机械的安全。矿山机械安全设计的主要内容由危险识别、风险评价与安全设计组成。危险识别包括机械危险与非机械危险两方面内容。
风险评价即安全评价, 它建立在危险识别分析的基础上, 根据现有的工艺水平对机械在每一种危险状态下可能产生的伤害的概率与严重程度进行全面评估。安全设计一方面将风险评估的结果作为设计依据, 另一方面从具体结构、安全防护措施与安全使用信息三方面来进行。
国家煤矿安全监察局和国家煤炭工业局在煤技装字[2000]第15号文件中确定, 煤炭工业安全标志办公室在国家煤矿安全监察局技术装备保障司的领导下, 负责煤矿矿用产品的具体认证工作。国家煤矿安全监察局授权国家煤矿防爆安全产品监督检验中心等14个单位具体开展煤矿矿用产品的监测检验工作。值得一提的是由国家煤矿安全生产监察局组织修订的煤矿安全规程于2001年11月1日正式实施, 它的颁布和实施, 对于防止煤矿机械设备灾害性事故的发生, 提高矿山机械安全水平, 保证从业人员的人身安全和健康, 提供了法律保证。
我国的现代化矿井装备水平虽然有了很大提高, 但同发达国家相比还有相当大的差距;现代化的综采设备普及率还较低, 有些矿井虽采用了引进的先进设备, 但由于对其他国家技术的消化还不彻底, 仍不能进行正常使用和维护, 一些先进的功能没有充分发挥出来, 更有甚者, 由于盲目追求生产, 忽视安全, 把安全监测装置当成影响生产的累赘而拆除, 造成很大安全隐患, 设备故障不能及时发现和处理。为了追求利益的最大化, 原有设备没有淘汰, 到了设计寿命仍在超期服役, 大部分设备超负荷运转, 带来很多安全隐患。井下恶劣的工作环境也是造成设备安全性降低的重要因素, 潮湿、粉尘、辐射等因素的影响, 导致安全监测设备的可靠性下降;部分管理人员盲目追求生产, 存在侥幸心理, 致使出现故障的安全监测系统得不到及时维护和更换, 也是造成设备安全性降低, 也是安全事故屡发的原因之一。
矿山机械设备长期处于重载和交变载荷状态下工作, 容易产生各种安全隐患, 如果没有及时发现, 设备仍然处在重载、高速等环境下工作, 就有可能导致恶性事故的发生。虽然现代化的测试技术与设备在不断更新, 但由于矿山机械设备本身的复杂性及其工作环境的复杂性和大量不可预测的偶发事件的存在, 矿山机械安全检测技术仍然需要不断完善和提高, 特别是在灵敏度和可靠性方面, 许多复杂的难题有待进一步研究。
虽然目前许多机械在安全设计方面已有比较成熟的理论与方法, 但是对于有些大型、复杂的关键矿山机械设备, 目前安全设计只有理论, 还没有成熟的、理想的安全设计方法。迄今为止, 我国的输送机动特性研究仅停留于理论分析阶段, 急需相关的实验研究和验证;在掘进机的设计方面, 现在还没有适合我国地质条件的完整的截割、装运及行走的载荷谱, 这些都对安全设计产生了一定的制约。与国外的机械安全设计相比有较大的差距。
已经制定的矿山机械安全标准涉及矿用绞车、矿井提升机、矿用提升绞车、窄轨运输车辆、地下铲运机、矿用炮孔钻机、矿用人车、液压防爆提升机和液压防爆提升绞车等, 为设计、制造和使用部门提供了一个总体框架和指导原则, 并使产品在预定使用范围内得到安全保证。但矿山机械产品的品种达数百种, 现有的标准仅涉及了矿山机械产品的一部分, 远不能满足矿山机械产品的安全要求。虽然大家都知道安全质量标准化是煤矿安全的基本保证, 但是在煤炭需求旺盛的情况下, 人们容易对质量标准化工作产生松懈思想和厌倦情绪, 加上不菲的投入, 更会促使煤矿管理者在产量、进尺与质量标准化面前, 忽视质量标准化, 导致安全质量标准化的滑坡, 埋下事故隐患。
统计资料表明, 80%以上的矿山伤亡事故是人为因素造成的, 由于矿山工作的艰苦和危险性, 矿山机械的从业人员的组成复杂, 部分机械设备操作人员文化素质低, 对设备的安全性能了解不够, 自我保护意识淡薄, 习惯性野蛮操作等是造成矿山机械安全事故的重要因素。必须通过培训、教育等手段, 不断强化操作人员的责任心和安全意识, 掌握设备的安全操作要领, 才能提高驾驭设备的能力;必须严格按规程操作, 杜绝麻痹心理, 才能减少或杜绝设备伤害事故的发生。另外, 煤炭企业的管理人员过多地强调产量, 追求经济利益的最大化, 安全观念不强, 对从业人员的上岗培训不到位, 致使部分操作人员不能很好地掌握先进设备的使用方法, 导致现有的设备也不能发挥应有的技术优势。
矿山机械和大多数现代机械的发展方向一样, 趋向于大型、重载和高速化、智能化与微型化。由于涉及安全的问题很多, 单一学科的理论与方法已经不能解决问题, 要尽快建立一个适应我国国情的矿山机械安全设计体系, 包括理论、原理和方法, 为矿山机械安全设计提供方法论的指导;对矿山机械安全设计的共性、基础性问题进行研究, 特别是针对井下可燃性气体的矿山机械本质安全性设计方面加大研究力度, 并建立矿山机械安全行业数据库;建立低成本、适用性强的矿山机械安全设计体系, 通过设计消除已判定的危害或减少有关的风险, 提高本质安全水平。
由于矿山机械安全问题的依附性、隐性和安全事故致因的复杂性, 需要企业技术和管理人员转变企业观念, 共同承担安全责任, 增强安全意识。
针对目前在矿山机械安全方面欠账严重的状况, 国家应该在政策方面加强引导, 在法规方面加大控制力度, 在资金方面积极扶持国有重点煤矿和地方煤矿进行安全技术改造, 企业在利用国家政策技改资金的同时, 自身也应下大力气, 多方筹措资金, 补足安全欠账缺口, 下决心报废一切超期服役的设备, 或进行必要的装备技术改造, 从而切实改善矿山机械设备安全现状。
我国矿山机械行业的标准化工作者应密切关注国际机械安全标准的发展动向, 及时跟踪各先进工业化国家的重型矿山机械及相关行业的安全技术法规与安全标准情况, 加大安全标准的制定力度, 积极制定与国际接轨的安全标准, 使安全标准能覆盖绝大多数矿山机械产品, 监察机关也应加大执法力度, 保证法规和标准的严格执行。
随着我国矿山机械设备和科学技术的不断改进和发展, 由机械化向半自动化和自动化的方向迈进, 对人的智力和技术水平的要求也更高、更严格。为了在生产工作中做到安全、高效, 促进我国机械安全体系的建立和贯彻落实, 就必须从现在起加快对从事设计、科研等工作的矿山机械安全技术人才的培养, 加强对作业人员和技术工人的选择和培训, 全面提高矿山机械从业人员的技术水平和安全意识, 继续推进煤矿安全培训标准化建设, 更好地提高安全意识和安全设计的技术水平。
摘要：分析目前矿山机械所面临的安全现状, 提出我国矿山机械安全技术领域存在的主要问题, 并针对这些问题作了具体的分析, 同时提出加强高级技术人才培养、强化操作人员培训、建立矿山机械安全设计体系等有效的措施。
关键词：矿山机械,机械安全,技术,对策
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