礦山機(jī)械的技術(shù)水平與裝備能力，是衡量一個國家工業(yè)實(shí)力的重要標(biāo)志。本文簡要介紹了礦山機(jī)械的分類和在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中作用，提出面向經(jīng)濟(jì)建設(shè)的市場驅(qū)動、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)展的動力。

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)步和社會發(fā)展中占有十分重要的地位和作用，屬于國民經(jīng)濟(jì)的支柱行業(yè)。礦山機(jī)械制造業(yè)是國家建立獨(dú)立工業(yè)體系的基礎(chǔ)，也是衡量一個國家工業(yè)實(shí)力的重要標(biāo)志。根據(jù)國家重點(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發(fā)提供更多的具有國際先進(jìn)水平的優(yōu)質(zhì)、高效設(shè)備，滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對能源和原材料的需要。

改革開放30年來，我國礦山機(jī)械制造業(yè)經(jīng)歷了引進(jìn)消化吸收國外先進(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《國務(wù)院關(guān)于加快振興裝備制造業(yè)若干意見》的推動下，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，在國內(nèi)基礎(chǔ)工業(yè)和基礎(chǔ)建設(shè)大發(fā)展的拉動下，礦山機(jī)械產(chǎn)品市場需求旺盛，工業(yè)總產(chǎn)值和銷售額年增長速度穩(wěn)定在32%~40%。市場需求在帶動礦山機(jī)械制造業(yè)經(jīng)濟(jì)增長的同時，更促進(jìn)了整個行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，涌現(xiàn)了一批具有自主知識產(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~2040kW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，為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了積極貢獻(xiàn)，同時縮小了與先進(jìn)國家的差距，提升了參與國際競爭的能力，我國礦山機(jī)械行業(yè)在國際礦山工程建設(shè)中正在發(fā)揮越來越大的作用。

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。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)前沿具有明顯的時域、領(lǐng)域和動態(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)展和社會的進(jìn)步對礦山機(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)科的一個分支，也遵循這個發(fā)展的總趨勢。同時，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。

2、礦山機(jī)械發(fā)展的動務(wù)機(jī)制

2.1市場競爭驅(qū)動

我國礦山機(jī)械的整體水平與國際先進(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、交貨時間及可制造性、可維修性、報廢后處理以及人、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)在全球化競爭中地位的首要因素。

礦山機(jī)械是技術(shù)含量和集成化很高的裝備，新設(shè)備的開發(fā)中不斷將人類在各領(lǐng)域成果融合進(jìn)來，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越短、新設(shè)備換代越來越快，尤其是大型礦山機(jī)械的開發(fā)，無成熟的經(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)新能力和市場競爭力。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。

2.2經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要

隨著社會進(jìn)步和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對資源和能源的需求量越來越大，而我國是一個資源相對貧乏的國家。隨著資源的開發(fā)，開采深度逐漸增加，由陸地向海洋延伸，資源開采條件日益惡化，安全開采的形勢日趨嚴(yán)重；我國的煤炭開采深度已達(dá)到1000m，金屬礦的濃度達(dá)到1380m，礦床開采深度增加，地下水、瓦斯、高地應(yīng)力、地質(zhì)構(gòu)造使資源開采難度大大增加。 自動化無人工作面開采是井下或危險環(huán)境采礦的發(fā)展方向，也是保障工作面安全開采的有效途徑。綜合運(yùn)用采礦學(xué)、自動化技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等，進(jìn)行自動化無人工作面開采的基礎(chǔ)理論研究和開發(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)資源的高效安全開采，為保障國家的海洋權(quán)益和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供技術(shù)支持，社會可持續(xù)發(fā)展提供保障。實(shí)現(xiàn)海底采礦，需要開發(fā)深海纜控?zé)o人潛器、無人無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“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，重點(diǎn)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，堅(jiān)持開發(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，被世界各國確定為維系社會可持續(xù)發(fā)展的新能源，在地?zé)豳Y源豐富的發(fā)達(dá)國家已得到較好的利用，開發(fā)地殼熱能資源和對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)，在市場需求的驅(qū)動下，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)品開發(fā)數(shù)字化

目前礦山機(jī)械產(chǎn)品的開發(fā)呈現(xiàn)數(shù)字化、并行化、集成化和知識化的趨勢。其中數(shù)字已成為實(shí)現(xiàn)快速創(chuàng)新開發(fā)的核心技術(shù)。產(chǎn)品開發(fā)數(shù)字化的基本構(gòu)思是利用數(shù)字對產(chǎn)品開發(fā)過程中的各種信息，包括圖形、數(shù)據(jù)、知識、技能等，進(jìn)行定量表達(dá)、存儲、處和控制，從而實(shí)現(xiàn)以快速市場響應(yīng)和創(chuàng)新開發(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、基于知識的設(shè)計(jì)技術(shù)和設(shè)計(jì)倉庫、基于網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)等。 產(chǎn)品開發(fā)數(shù)字化的一個重要特征是產(chǎn)品開發(fā)和產(chǎn)品性能的可預(yù)測性。制造過程數(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，揭示制造工藝過程的本質(zhì)，獲得知識及進(jìn)行制造工藝裝備的自主設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品制造、裝配乃至產(chǎn)品整個生命周期過程的預(yù)測和優(yōu)化控制能力。主要內(nèi)容包括：1）設(shè)計(jì)過程仿真，包括外形仿真、裝配仿真、運(yùn)動學(xué)仿真、動力學(xué)仿真和多學(xué)科集成仿真等；2）加工過程仿真，包括切削過程仿真、焊接過程仿真、沖壓過程仿真和鑄造過程仿真等；3）生產(chǎn)過程仿真，通過建立制造系統(tǒng)的靜態(tài)模型和動態(tài)模型，精確預(yù)測技術(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)制造各個環(huán)節(jié)的信息與知識在數(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)周期長等特點(diǎn)，其開發(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)市場需求，實(shí)現(xiàn)資源的全球最優(yōu)配置，通過虛擬價值鏈，快速滿足顧客價值最大化的根本需求。未來礦山機(jī)械制造系統(tǒng)不再是單個企業(yè)與長期合作的有限供應(yīng)商的穩(wěn)態(tài)組合，而是無國界的、多企業(yè)的、短期的最優(yōu)的動態(tài)系統(tǒng)。

3.1.3礦山數(shù)字化

近年來，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)時動態(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、地面的工程測量等。2）生產(chǎn)監(jiān)測控制管理包括產(chǎn)品質(zhì)量實(shí)時監(jiān)控，電鏟有效載荷稱量、鏟斗裝載精確定位檢測；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)測和排土場災(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GPS衛(wèi)星定位和多頻道無線電通信，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)劃加動態(tài)規(guī)劃的自動調(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)展在線及時地用動態(tài)規(guī)劃予以修正，美國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、特殊工況條件下專家評估決策等子系統(tǒng)的構(gòu)建、融合，使整個企業(yè)成為一個完整、流暢的管理系統(tǒng)，

3.2智能化

3.2.1地下礦產(chǎn)資源自動化開采

信息技術(shù)的進(jìn)步，推動無人采礦技術(shù)從現(xiàn)行的、以傳統(tǒng)采礦工藝自動化為核心的自動采礦或遙控采礦，向以先進(jìn)傳感器及檢測監(jiān)控系統(tǒng)、智能采礦設(shè)備、高速數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)、新型采礦工藝過程等集成化為主要技術(shù)特征的“無人礦山”發(fā)展。

煤礦開采實(shí)現(xiàn)綜采工作面液壓支架操作自動化。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作由原來的手工操作改為電液自動控制、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)井下無人開采自動化工作面。目前，液壓支架電液控制技術(shù)已經(jīng)成熟。美國、澳大利亞和德國的液壓支架普遍使用了電液控制系統(tǒng)。自20世紀(jì)80年代中后期開始，加拿大Noranda技術(shù)中心為金屬礦床地下開采研制了多種自動化設(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。Noranda的自動采礦技術(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)了多個礦山開采、不同生產(chǎn)規(guī)模和復(fù)雜礦體條件的實(shí)際需要。

地下自動采礦需要研究與開發(fā)相應(yīng)的先進(jìn)傳感技術(shù)及檢測監(jiān)控技術(shù)、開發(fā)智能化操作軟件，通信系統(tǒng)向國際標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線靠攏等。井下環(huán)境要素如溫度、濕度、空氣組分、采場地壓、巷道圍巖變形等變量的檢測監(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)時分析技術(shù)、基于井下環(huán)境，空間距離識別、定位及導(dǎo)航技術(shù)，諸如埋線導(dǎo)航系統(tǒng)、無源光導(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、力覺、感覺等功能，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)資源開采遙控及無人操縱

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)核的開采技術(shù)已基本形成了具有商業(yè)開采應(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)動控制技術(shù)等。

海底資源開采機(jī)械能夠遠(yuǎn)距離操縱和無人駕駛，人在機(jī)器工作環(huán)境以外，通過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，動態(tài)實(shí)時地感和作業(yè)環(huán)境，并自主作業(yè)方面，有很多問題還有待研究。

3.2.3機(jī)械結(jié)構(gòu)健康自檢測及健康自診斷

傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)沒有生命、沒有智能，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，是未來重大礦山機(jī)械產(chǎn)品在線監(jiān)測的方向。 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）采用長壽命、低能耗及減輕重量的設(shè)計(jì)原則。延長產(chǎn)品壽命，可減少機(jī)械的生產(chǎn)量和降低其報廢量；降低產(chǎn)品能耗，可減少對環(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廢件處理簡單、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)和無毒材料，提高機(jī)械材料的再生率；（4）降低整機(jī)的振動與噪聲，減輕對周圍環(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。由含催化劑的陽極、陰極和導(dǎo)電的電解質(zhì)組成。燃料在陽極氧化，氧化劑在陽極還原。電子從陽極通過外部負(fù)載流向陰極，構(gòu)成電路，產(chǎn)生電能而驅(qū)動負(fù)載工作。燃料電池與普通電池的不同在于，它工作時需要不斷地向電池內(nèi)輸入燃料和氧化劑，通過化學(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)。美國和加拿大的一些采礦公司近年來開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-電池混合動力裝載機(jī)，裝機(jī)功率減少近一半，短時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，與太陽能、風(fēng)能相比，高溫巖體地?zé)崮芨鼮榧校阌陂_發(fā)和利用。地?zé)豳Y源，尤其是高溫巖體地?zé)豳Y源的開發(fā)在發(fā)達(dá)國家得到了迅速的發(fā)展。美國洛斯拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室最早提出了具有商業(yè)價值的高溫巖體地?zé)衢_發(fā)計(jì)劃，并于1984年在墨西哥州的FentonHill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、英國和法國都進(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kW,美國超過200kW。美國、日本和英國等國家對高溫巖體地?zé)衢_發(fā)系統(tǒng)與循環(huán)井運(yùn)行規(guī)律、環(huán)境評價、出力一壽命等多方面進(jìn)行了研究，保障高溫巖體地?zé)衢_發(fā)系統(tǒng)的正常高效運(yùn)行。 中國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)活動強(qiáng)烈，有優(yōu)越的開發(fā)條件。高溫巖體地?zé)衢_發(fā)需要高效率的破巖裝備、鉆井溫度、壓力和流量的實(shí)時測試技術(shù)與裝備、高溫巖體地?zé)衢_采成套技術(shù)與裝備等。具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高溫巖體地?zé)衢_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。國家科技部強(qiáng)調(diào)，固體廢棄物的處理要無害化、減量化、資源化。

（1）礦渣處理裝備。礦渣是高爐煉鐵、煉鋼過程中生產(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)展的基本國策。國家“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，將直接推動礦渣資源的回收再利用。

（2）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%。國外廢鋼處理產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢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、超速及過卷保護(hù)、過載過壓保護(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)，只需通過很少量的手臂的動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，聲光信號報警等人性化的設(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，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)的中國已經(jīng)成為礦山機(jī)械制造大國而讓世人矚目，然而我們并不是礦山機(jī)械制造強(qiáng)國，我國制造的有自主知識產(chǎn)權(quán)的礦山機(jī)械高端產(chǎn)品至今并不多。通過自主創(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，為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。