煤礦自動(dòng)化和通信技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

【摘要】我國是煤炭資源的生產(chǎn)與消耗大國，隨著通信技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，高速信息通道的建立，煤礦生產(chǎn)過程通過電子監(jiān)控和信息傳輸技術(shù)進(jìn)行指揮成為必要的也十分有效的指揮手段。自動(dòng)化技術(shù)的設(shè)計(jì)、開發(fā)與應(yīng)用對煤礦生產(chǎn)的進(jìn)步帶來了新的契機(jī)，對煤礦事業(yè)有重要的影響。本文就煤礦自動(dòng)化與通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及未來發(fā)展趨勢進(jìn)行簡要的討論。

【關(guān)鍵詞】煤礦；自動(dòng)化與通信技術(shù)；發(fā)展現(xiàn)狀；未來趨勢

從上世紀(jì)六十年代開始，我國的煤礦事業(yè)開始朝著自動(dòng)化方向研究和發(fā)展，立足世界范圍內(nèi)的科學(xué)事業(yè)的高度發(fā)展，歷經(jīng)幾十年的研究與實(shí)踐，煤礦自動(dòng)化控制已經(jīng)從最初的利用龐大的繼電控制器實(shí)現(xiàn)開關(guān)、閉鎖控制的階段發(fā)展到晶體管與邏輯電路為主要控制器件的階段，再到單片機(jī)的產(chǎn)生，徹底取代了傳統(tǒng)繼電器，大幅度提升了煤礦自動(dòng)化控制的安全性與可靠性。新世紀(jì)，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展與信息技術(shù)的升級(jí)，信息的快速傳遞與各生產(chǎn)部門的實(shí)時(shí)監(jiān)控成為煤礦控制與監(jiān)測的新發(fā)展方向，煤礦自動(dòng)化的水平也上升到了新的高度。

在能源短缺，市場競爭環(huán)境越來越嚴(yán)峻的能源市場，只有通過高新技術(shù)的引入不斷提高企業(yè)的生產(chǎn)效率與經(jīng)濟(jì)效益才是提高核心競爭力，促進(jìn)煤炭企業(yè)發(fā)展的根本。我國的地形地貌各異，不同地區(qū)的煤礦在開采過程中可能面對復(fù)雜的地理環(huán)境與工作環(huán)境，尤其是煤礦的安全生產(chǎn)問題日漸突出的情況下，如何在保證開采的安全性前提下做好煤礦的開采工作一直都是研究的重點(diǎn)。煤礦的自動(dòng)化與通信技術(shù)的引進(jìn)，是現(xiàn)代科技在工業(yè)生產(chǎn)中的重要體現(xiàn)，也是礦井作業(yè)合理化、生產(chǎn)自動(dòng)化的要求。本文就煤礦自動(dòng)化與通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢進(jìn)行簡要的分析和探討。

一、煤礦自動(dòng)化與通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

（一）煤礦自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用情況

我國的自動(dòng)化技術(shù)起步比較晚，在煤炭行業(yè)中，在無人操作或者很少數(shù)的人操作的條件下，通過機(jī)器、設(shè)備等進(jìn)行生產(chǎn)相關(guān)的檢測、控制與信息傳輸、處理的全面發(fā)展是上世紀(jì)90年代到本世紀(jì)初發(fā)展起來的。煤礦自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用主要是在采煤、運(yùn)輸以及相關(guān)的抽水、安全監(jiān)控等過程中。

在采煤過程中，通過數(shù)字化工業(yè)電視的應(yīng)用，一方面調(diào)度中心可以對生產(chǎn)過程進(jìn)行有效的監(jiān)控，同時(shí)將時(shí)事通訊數(shù)據(jù)上傳與處理，另一方面，可以利用自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工作開始與結(jié)束時(shí)的設(shè)備（包括刮板輸送機(jī)、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)及泵站等）順序啟停、閉鎖控制功能。此外，自動(dòng)化控制系統(tǒng)還可以通過微機(jī)保護(hù)與監(jiān)控裝置對井上井下的配電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測和保護(hù)，防止出現(xiàn)相關(guān)供電、配電設(shè)備的短路、斷路或者過載、漏電、欠壓等情況。開采區(qū)域的供電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，運(yùn)行過程中受到不確定因素的影響程度大，故障排查時(shí)間長，但是作為主要工作程序的重要保障，只有對整個(gè)用電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效監(jiān)控和危險(xiǎn)預(yù)警、快速故障排查才能保證開采工作的順利進(jìn)行。在綜采綜放工作面的巷道做好監(jiān)控工作可以有效解決機(jī)載信息和移動(dòng)可視信息的有效快速傳輸工作。在數(shù)字化技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)不斷升級(jí)更新的情況下，數(shù)字化的工業(yè)電視也會(huì)朝著智能化、便捷化、人性化的方向不斷改進(jìn)。

在運(yùn)輸過程中，可以通過自動(dòng)化控制挖煤器械的機(jī)械化作業(yè)，實(shí)現(xiàn)單人或者無人操作，提高開采的效果，降低人工成本。在礦井機(jī)車的輔助運(yùn)輸過程中，有軌機(jī)車的監(jiān)控系統(tǒng)相對成熟，但是無軌機(jī)車的調(diào)度與監(jiān)控仍是空白的，由于大型設(shè)備的鏟裝與運(yùn)輸以及液壓支架的運(yùn)輸都要依靠無軌膠輪車來完成，因而其調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的缺失會(huì)對工作效率產(chǎn)生較大的影響。此外，綜采工作面搬家的時(shí)間與國外的差距達(dá)到二十天以上。這都是需要發(fā)展和進(jìn)步的地方。

在抽水的過程中（煤炭開采位置的不同，水量也不盡相同），自動(dòng)化的水泵抽水可以實(shí)現(xiàn)井下高速作業(yè)，對生產(chǎn)效率的提高有重要意義。但是目前也存在水質(zhì)對泵排空閥的影響大、故障發(fā)生率高、維護(hù)難度高、單泵功率大、耗電量高且安全性差、相關(guān)技術(shù)不成熟的情況，所以在煤礦生產(chǎn)中，自動(dòng)化的抽水系統(tǒng)應(yīng)用并不十分廣泛。

在安全監(jiān)控的過程中，我國實(shí)現(xiàn)了從進(jìn)口監(jiān)測系統(tǒng)引進(jìn)到自主安全監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)應(yīng)用的轉(zhuǎn)變，在各大煤礦中都有較為廣泛的應(yīng)用，但是應(yīng)用中也存在穩(wěn)定性與可靠性不高，抗干擾能力差的問題。

總的來說，我國的煤礦自動(dòng)化技術(shù)還比較落后，自動(dòng)化水平低，應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)中也存在時(shí)效性和可靠性的問題，解決這些問題也是進(jìn)行煤礦的自動(dòng)化技術(shù)升級(jí)改造的要求。

（二）煤礦的通信技術(shù)現(xiàn)狀分析

通信技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用已經(jīng)深入到各行各業(yè)中，煤礦的日常生產(chǎn)過程中通信技術(shù)的應(yīng)用也扮演著重要的角色，通信系統(tǒng)也隨著通信技術(shù)的發(fā)展不斷升級(jí)。根據(jù)通信介質(zhì)的不同，礦井中也存在有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)分別。

通信系統(tǒng)在生產(chǎn)調(diào)度中的應(yīng)用比較廣泛，包括主機(jī)調(diào)度、安全隔離器調(diào)度等等。目前使用的礦用通信系統(tǒng)大都采用無線通信技術(shù)，相對而言具有無線信號(hào)覆蓋廣、使用便捷的優(yōu)點(diǎn)，但也存在包括信道容量小、電磁干擾大、傳輸頻率較低、信號(hào)弱、通話噪音大等問題。而且，礦用通信系統(tǒng)的調(diào)度功能尚不是十分完善，仍存在諸多的限制，要積極進(jìn)行開發(fā)和研究。常見的礦用通信系統(tǒng)包括：礦用透地通信系統(tǒng)、載波通信系統(tǒng)、漏泄通信系統(tǒng)、感應(yīng)通信系統(tǒng)、小靈通通信系統(tǒng)、CDMA通信系統(tǒng)等。其中礦用CDMA通信系統(tǒng)的發(fā)展前景比較看好，其不僅可以實(shí)現(xiàn)雙工通話、短消息發(fā)布、移動(dòng)圖像與數(shù)據(jù)傳輸，還具有井下巷道內(nèi)無線電波覆蓋較好、區(qū)域內(nèi)同時(shí)通話數(shù)多、設(shè)備輕巧、使用不受限等優(yōu)點(diǎn)。

井下光纖通信也是研究前景看好的通信技術(shù)之一，井下光纖通信系統(tǒng)具有強(qiáng)大的抗干擾能力和防爆能力，且其具有自動(dòng)化檢測功能，傳輸質(zhì)量有保障，隨著技術(shù)的發(fā)展，其傳輸能力與質(zhì)量也會(huì)不斷提高。井下光纖通信的主要問題在于使用高壓放電熔接技術(shù)時(shí)產(chǎn)生的安全隱患，因而今后的完善與發(fā)展方向就是保證單模光纖機(jī)械連接裝置不產(chǎn)生火花，損耗小，在保證安全的情況下提高性能。

二、煤炭自動(dòng)化與通信技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

煤炭的自動(dòng)化與通信技術(shù)的改進(jìn)與完善，致力于高速監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)下的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用是礦井綜合開發(fā)的發(fā)展方向。作為煤炭資源的生產(chǎn)與消耗大國，在能源危機(jī)的大環(huán)境中，只有通過技術(shù)進(jìn)步與技術(shù)改革，推進(jìn)煤炭生產(chǎn)過程的自動(dòng)化、信息化才是綜合發(fā)展的趨勢。未來的煤炭監(jiān)控與自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)該做到的是：全礦井自動(dòng)化系統(tǒng)的集中控制、生產(chǎn)現(xiàn)場信息的自動(dòng)化控制和集控中心的遠(yuǎn)程控制。

全礦井自動(dòng)化系統(tǒng)的集中控制是要引入先進(jìn)的自動(dòng)化開采與挖掘設(shè)備，在工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的支持下，實(shí)現(xiàn)采煤操作過程與相關(guān)輔助控制過程的集中管理和控制，采用先進(jìn)的軟件平臺(tái)，打造地面控制中心，對各類系統(tǒng)、相關(guān)工作設(shè)備進(jìn)行在線控制，對故障進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和處理，通過信號(hào)清晰、受干擾小的通信設(shè)備對井下人員進(jìn)行要求和管理，及時(shí)下達(dá)故障處理命令，對煤炭企業(yè)的資源進(jìn)行集中化管理，實(shí)現(xiàn)煤礦各個(gè)級(jí)別、各個(gè)管理層的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)。改變舊有的煤礦安全生產(chǎn)方式，通過企業(yè)數(shù)據(jù)庫的建立實(shí)現(xiàn)一體化控制。

生產(chǎn)現(xiàn)場信息的自動(dòng)化控制是將生產(chǎn)相關(guān)的儀表信息、設(shè)備信息等高度集成，在各種科學(xué)技術(shù)高度發(fā)展的基礎(chǔ)上，對煤礦的生產(chǎn)信息進(jìn)行數(shù)字化、智能化管理，利用監(jiān)控軟件和傳感器對采集到現(xiàn)場信息加以整理和分析，對礦井內(nèi)的多自動(dòng)化因子進(jìn)行集中式的管控，并且利用網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議對獲得的現(xiàn)場信息進(jìn)行有效的連接，從而實(shí)現(xiàn)地面控制中心對生產(chǎn)設(shè)備的控制。生產(chǎn)現(xiàn)場信息的自動(dòng)化的發(fā)展目標(biāo)是在設(shè)定的設(shè)備系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)礦井生產(chǎn)的信息化、網(wǎng)絡(luò)化與機(jī)械化。

集控中心的遠(yuǎn)程控制是利用中心軟件和快速通訊設(shè)備實(shí)現(xiàn)礦井自動(dòng)化生產(chǎn)信息和安全信息的傳輸與控制，從而達(dá)到在線控制、遠(yuǎn)程操作的目的。遠(yuǎn)程控制的目的在于在生產(chǎn)故障發(fā)生的第一時(shí)間能夠準(zhǔn)確判斷故障類型并能調(diào)派技術(shù)人員進(jìn)行及時(shí)的故障排查和維修。還可以借助生產(chǎn)制造的執(zhí)行系統(tǒng)與調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行綜合的生產(chǎn)計(jì)劃制定與問題分析，在進(jìn)行決策的時(shí)候能有一手的現(xiàn)場設(shè)備、生產(chǎn)的數(shù)據(jù)資料，提高判斷與決策的準(zhǔn)確性。

要達(dá)到上述的發(fā)展目標(biāo)需要通過統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的建立、加快采掘自動(dòng)化建設(shè)和軟硬件的投資實(shí)現(xiàn)。這一方面需要政府的大力支持與宏觀調(diào)控，通過對煤炭企業(yè)的積極引導(dǎo)和相關(guān)扶持政策的制定來支持企業(yè)的技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)品研發(fā)政府支持，另一方面也需要企業(yè)的積極建設(shè)，通過與相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和高校的合作，解決生產(chǎn)運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，在現(xiàn)有情況的基礎(chǔ)上積極創(chuàng)新發(fā)展。

三、小結(jié)

將先進(jìn)的自動(dòng)化生產(chǎn)與控制技術(shù)、通信技術(shù)引入到煤礦的日產(chǎn)生產(chǎn)中是保證煤礦的信息流通、提高煤礦的生產(chǎn)效率、保證生產(chǎn)安全、促進(jìn)煤炭生產(chǎn)企業(yè)智能化管理的重要保障。雖然我國的煤礦自動(dòng)化與通信技術(shù)還比較落后，應(yīng)用中也存在較多的問題，相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，煤礦的綜合自動(dòng)化水平與通信水平也能得到有效的提升和發(fā)展。

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