淺析傳感器在煤礦機電一體化中的運用

楚曉光

[摘 要]在我國社會經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的過程中，煤炭資源的開采量及需求量一直持穩(wěn)步上升的態(tài)勢，但在開發(fā)采集煤炭資源時如因操作不當(dāng)則會引發(fā)一系列嚴(yán)重事故，造成重大人員傷亡及資金財產(chǎn)損失等問題。而運用機電一體化技術(shù)，不僅可以有效規(guī)避事故發(fā)生，保障開采過程中井下礦工的人身安全，還可以提高煤炭開采量。傳感器則作為機電一體化技術(shù)中最重要的“眼睛”，本文就現(xiàn)階段我國國內(nèi)煤礦施工狀況，對于傳感器在煤礦機電一體化中如何運用進行了簡要分析。

[關(guān)鍵詞]傳感器 機電一體化 運用 煤礦開采

中圖分類號：TD67 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）13-0018-01

假如把完整系統(tǒng)的煤礦機電一體化開采技術(shù)擬人化，那傳感器在機電一體化中擔(dān)任的角色相當(dāng)于我們?nèi)祟惖难劬Γ敲旱V機電一體化的感官系統(tǒng)。因為它不僅能像眼睛一樣快速獲取信息，而且它比人類眼睛更為優(yōu)秀的是能在高溫高強度的環(huán)境下進行作業(yè)，并能將其探測到的外界信息傳遞給系統(tǒng)或其他裝置[1]。對此，如何在煤礦機電一體化開采中運用好傳感器，對于所有煤礦開采企業(yè)，都是重中之重。

1.傳感器的概述

1.1 傳感器的概念

傳感器是一種在使用煤礦開采機電一體化過程中能夠有效檢測出一切外界干擾信號并自動傳輸回系統(tǒng)或其他裝置的特殊物理裝置設(shè)備。外界干擾信號一般包括：開采時物理準(zhǔn)備條件、開采時采集到的化學(xué)組成成分及同時接受到的外界信息等等。

隨著煤炭資源的需求量的加大，傳感器因在煤礦機電一體化開采中占有著的重要作用，人們對它的信賴程度也在逐年上升。如何運用好傳感器技術(shù)，如何在一切外界干擾信號中準(zhǔn)確迅速的分辨出各類信息信號，從而確保在煤炭開采、井下施工及生產(chǎn)的順利開展。

1.2 傳感器在我國煤礦機電一體化開采中的現(xiàn)狀及發(fā)展

放眼世界，傳感器在煤礦機電一體化開采系統(tǒng)中的技術(shù)已經(jīng)取得了一定的成績。而對于我國來說，在進入21世紀(jì)以后，我國不止在煤炭工業(yè)發(fā)展迅猛，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，我國的煤炭產(chǎn)量已居于世紀(jì)第一位，是當(dāng)之無愧的煤炭生產(chǎn)大國。

雖然我國現(xiàn)今的煤炭工業(yè)已經(jīng)具備了成熟的設(shè)計、施工、裝備及管理能力，但是我國煤炭開采技術(shù)裝備的總體水平并不高，全國煤礦非機械化采煤率高達(dá)40%，煤炭開采生產(chǎn)加工技術(shù)裝備由機械化、部分機械化和手工作業(yè)并存的多層次結(jié)構(gòu)。大中型國有重點煤礦裝備水平比較先進，但設(shè)備總體老化程度較大，小型礦井開采生產(chǎn)技術(shù)裝備水平低，煤礦開采生產(chǎn)工藝落后，作業(yè)人員過多、效率低下。

如何普及高效率機械化科學(xué)化采煤，如何引導(dǎo)傳感器在機電一體化技術(shù)中發(fā)展，這都需要廣大的煤炭企業(yè)、相關(guān)技術(shù)人員以及相關(guān)政府部門的群策群力。

首先企業(yè)可不斷完善傳感器的前期設(shè)計及后期材料研究。企業(yè)技術(shù)人員不僅可以從根源上完善傳感器的設(shè)計方案，提高傳感器的精確程度及敏感程度，還可以不斷突破化研究適合傳感器的新型材料，例如：敏感度更強、適應(yīng)力更廣；其次可將當(dāng)前傳感器得出的數(shù)據(jù)進行合理的整合分析，例如：當(dāng)前傳感器所能感受的信號波長按照其感受的對象，進行分離分類；最后，則需要相關(guān)政府部門及企業(yè)技術(shù)部門通力合作，讓傳統(tǒng)單一的煤礦機電一體化開采技術(shù)走向數(shù)字智能化，讓煤礦機電一體化開采技術(shù)普及下去，以滿足我國對于機械化采煤的需求。

2.傳感器在煤礦機電一體化開采中的運用

2.1 傳感器在煤礦開采機器人中的運用

因煤礦開采工種的特殊性，煤礦井下作業(yè)具有較高的危險性，為了保障井下工作人員的人身安全及施工安全，為了避免人員傷亡及財產(chǎn)損失，為此通過機器人代替人工作業(yè)，不僅是因工種發(fā)展的需求，也使企業(yè)更準(zhǔn)確的規(guī)避了風(fēng)險及隱患。

例如：在機器人上安裝傳感器系統(tǒng)設(shè)備，機器人不僅不怕“疼”，更放佛多了“眼睛”和“耳朵”[2]。并且在惡劣的井下環(huán)境內(nèi)，機器人無論是從適應(yīng)能力，還是從信息采集匯總能力，或者是信息傳輸?shù)乃俣壬?，都相較于普通人類更為優(yōu)秀。因為機器人性能上的穩(wěn)定性，決定了他無論身處多么惡劣的環(huán)境，都能及時將信息進行檢測采集匯總分類之后，再通過傳感器發(fā)送至系統(tǒng)或其他設(shè)備，從而使技術(shù)人員在第一時間內(nèi)獲取井下煤炭資源的相關(guān)信息。所以，在煤礦開采中如何將機器人與使用傳感器設(shè)備相結(jié)合，關(guān)于此類問題的研究與實施，是煤礦開采一體化技術(shù)的一個重大突破。

2.2 傳感器在電液控制中的運用

液壓支架在開采煤礦過程中具有承啟的重要作用。模擬人工操作，液壓支架更是不可缺少的設(shè)備之一。那何為電液控制系統(tǒng)？電液控制系統(tǒng)是具有傳感器等多種支架單一組成的煤礦采集控制系統(tǒng)，與傳統(tǒng)手工操作相比，其優(yōu)勢更加明顯，具有人為操作性更加便捷、安全性高和作業(yè)效率高等特點。因比較與傳統(tǒng)手工操作，液壓支架代替了人工操作，實現(xiàn)了井下無人作業(yè)，工作效率卻大大提高的目標(biāo)，從而有力的保證了工人們的人身安全。

2.3 傳感器在安全監(jiān)管中的運用

首先是井下空氣中煤塵含量的測量。因在施工及開采煤礦過程中，由于機械作用，大量的煤塵將漂浮于空氣中，稍有不慎便會引發(fā)爆炸等事故。因此，在施工及開采過程中，靈活運用傳感器提高檢測煤塵含量的準(zhǔn)確率，用以確保煤塵低于井下正常作業(yè)的百分值。

例如：利用光纖傳感器，主要采用光向后散射法，傳感器在獲取井下煤塵信息后，進行信息整合，再傳送給計算機或其他設(shè)備，最后由電腦前的相關(guān)技術(shù)人員獲取信息及時通過清塵設(shè)備控制井下煤塵含量；

最后是瓦斯爆炸問題。在開采煤礦過程中，造成危害最大且最為常見的安全事故便是瓦斯爆炸。瓦斯存在于煤體或圍巖中，以游離狀態(tài)或吸著狀態(tài)為主，而礦井瓦斯爆炸則是一種熱一鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，就其本質(zhì)來說，是一定濃度的甲烷和空氣中的氧氣在一定溫度作用下產(chǎn)生的激烈的氧化反應(yīng)。我們大致把瓦斯爆炸界限定為5%-16%，還有當(dāng)氧氣濃度達(dá)到12%以上時，也容易造成爆炸事故。

為了保障井下工作人員的人身安全及施工安全，為了避免人員傷亡及重大財產(chǎn)損失，如何利用好傳感器對甲烷氣體進行有效監(jiān)控，保證井下甲烷處于正常作業(yè)百分值，顯得尤為重要。

例如：利用光纖傳感器對井下甲烷氣體進行監(jiān)控，因不同氣體結(jié)構(gòu)對應(yīng)的吸收光譜不同，假如同一種氣體也不用擔(dān)心是否吸收峰會相同，因為氣體濃度不同，最后得出的吸收峰也不會相同，由此可見，通過對氣體信息檢測來確定礦井內(nèi)甲烷含量及濃度，用以保障了施工開采的安全性。

3.結(jié)語

隨著社會發(fā)展與需求變化，我國在煤礦機電一體化開采中使用傳感器愈發(fā)普遍，使用率越來越高，但探索與創(chuàng)新不能止步于前。不積跬步，無以至千里，我們應(yīng)該在平時的工作與學(xué)習(xí)過程中注意對于此類問題的積累，不斷進行研究與探索，例如：煤炭開采企業(yè)可投入一定資金，定期組織技術(shù)人員進行相關(guān)知識培訓(xùn)及交流研討，研發(fā)新型傳感器材料等等，進而提高煤礦機電一體化的核心技術(shù)，提升企業(yè)產(chǎn)業(yè)水平，最終達(dá)到促進企業(yè)經(jīng)濟效益，發(fā)展我國煤礦開采產(chǎn)業(yè)的目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 韋雨.傳感器在煤礦機電一體化中的運用與發(fā)展[J].科技資訊，2012，23：107.

[2] 馬少俊.傳感器在煤礦機電一體化中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2014，18：68.