分析采煤中自動化技術的應用

孟　峰

（山東宏河礦業(yè)集團有限公司橫河煤礦，山東 鄒城 273500）

分析采煤中自動化技術的應用

孟峰

（山東宏河礦業(yè)集團有限公司橫河煤礦，山東 鄒城 273500）

摘要：隨著社會經濟的飛速發(fā)展，科學技術水平的逐漸提高，工業(yè)發(fā)展技術也得到逐漸地提高和進步，自動化的生產技術得到越來越廣泛地應用。特別是煤礦采煤中，為煤礦產業(yè)的安全穩(wěn)定發(fā)展提供了堅實的基礎。本文針對煤礦企業(yè)中自動化技術的應用進行了相關探討。

自動化技術；煤礦采煤；應用；分析研究

眾所周知，自動化技術就是指機器在沒有人為操作或無人干預的情況下，按照實現(xiàn)預定的指令或程序對過程或莫操作進行控制的過程。在我國，煤炭行業(yè)是我國的傳統(tǒng)產業(yè)，隨著科技水平以及工業(yè)水平的突飛猛進，我國煤炭行業(yè)為了滿足競爭需要也逐漸向自動化方向發(fā)展。煤礦資源是現(xiàn)今資源產業(yè)中較為傳統(tǒng)的資源，作為一項重要的且不可再生的能源，為社會的發(fā)展和進步提供了動力和奠定了基礎。人工開采煤礦不僅生產效率低下，而且安全系數(shù)較低。因此，自動化生產技術的應用使得煤礦企業(yè)的生產效率得到了提高，并且加快了技術革新的速度，從而使得整個煤礦的產業(yè)鏈得以升級。接下來本文將從自動化技術在煤礦采煤中的應用以及相關技術的關鍵控制這兩個方面來展開分析和研究。

一、煤礦自動化系統(tǒng)主要控制方式

煤礦自動化系統(tǒng)的主要控制方式包括4種：恒壓頻比控制、轉差率控制、矢量控制以及直接轉矩控制。下面針對這4種控制方式進行一一論述。

1.恒壓頻比（V/F）控制

恒壓頻比主要是指利用異步電機基本相同的電壓與頻率比值，來達到調節(jié)煤礦電機的目的。恒壓頻比具有流程簡單、操作方便、易于辨識等優(yōu)點。恒壓頻比控制方式屬于開環(huán)調節(jié)方法，其輸出值較為穩(wěn)定，不易受到其他情況的擾動和影響。因此一般在要求穩(wěn)定度較高的裝置會采取恒壓頻比的控制方式，但是這種方法只適用于類似風機、水泵等精度要求較低的煤礦設備，對于精度要求較高的設備一般運用矢量控制等方式。

2.轉差率控制

轉差率控制主要是依賴于電機轉速計算公式計算電機轉差率，通過改變其大小來引起電機轉速大小變化的控制方式。轉差率控制方式主要是通過改變電機的定子電壓和轉子的電阻來實現(xiàn)。與恒壓頻比控制方式類似，轉差率控制方式主要適用于電機系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模型以及運行規(guī)律較為穩(wěn)定的情況下，因此一般比較適用于控制小功率電機或者電機轉速較慢的情況。但是由于點擊內部磁場處于不穩(wěn)定的動態(tài)當中，因此很難用這兩種方式來控制其位置和大小，一般只能實現(xiàn)精確控制電機的轉速，對于轉矩控制則差強人意。

3.矢量控制（VC）

矢量控制主要是依賴于異步電動機定子的電流矢量，通過控制和測量其電流矢量變化，根據(jù)磁場定向原理分別控制異步電動機的勵磁電流和轉矩電流來實現(xiàn)對異步電動機轉矩的控制。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義，是目前煤礦自動化及控制系統(tǒng)中相對比較先進的控制方式之一。矢量控制的實質是將交流電動機等效為直流電動機，分別對速度，磁場兩個分量進行獨立控制。通過控制轉子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉矩和磁場兩個分量，經坐標變換，實現(xiàn)正交或解耦控制。

4.直接轉矩控制（DTC）

直接轉矩控制技術屬于目前一種新型交流異步電機控制技術，其主要理論依據(jù)是矢量控制理論。直接轉矩控制技術不僅要進行復雜的坐標變化和電機數(shù)學模型，也不需要考慮變量解耦等問題，而是直接控制電磁轉矩，但是由于直接轉矩控制技術的低速下轉矩脈動以及啟動時的電流較大等原因限制其適用于兆瓦級的大功率電牽采煤設備。

二、自動化技術在煤礦采煤中的應用

煤礦采煤過程主要涉及煤礦的開采、挖掘以及礦井提升這3個重要環(huán)節(jié)，因此在這3個環(huán)節(jié)中應用優(yōu)化自動化技術可以大幅度地提高生產效率，且切實可靠地保障相關人員的生命安全。

1.在采煤環(huán)節(jié)的應用

作為煤礦企業(yè)中最主要的環(huán)節(jié)，采煤技術的優(yōu)化應用與否直接影響著煤礦的生產效率。因此，在采煤環(huán)節(jié)中應用自動化技術可以有效提高煤礦的生效效率，并且也可保障整個采煤工序的安全穩(wěn)定。電牽引采煤機具有良好的工作性能，且具有操作簡單等優(yōu)點。因此，在煤礦采煤環(huán)節(jié)中得到較為廣泛的應用。電牽引采煤機最大的優(yōu)勢是可以在無人駕駛的情況下根據(jù)預先設定的程序，并完成相應的工作。

2.在煤礦挖掘中的應用

煤礦挖掘工作是開采煤礦資源最根本的基礎，因此煤礦挖掘環(huán)節(jié)對整個煤礦企業(yè)的影響也尤為重要，挖掘技術的改進和革新對后續(xù)工作的影響作用也很大。在煤礦挖掘中采用自動化技術可以有效提高整個煤礦企業(yè)的采礦效率，同時使生產過程中的安全系數(shù)得到很大提升。煤礦挖掘中自動化技術的使用最廣泛的是掘進機。掘進機具有操作更加安全且采用自動化系統(tǒng)，可以有效提高生產效率、縮短工作周期以及節(jié)省時間等。

3.在礦井提升中的應用

礦井提升就是指將煤礦開采出來后運至地面的過程。礦井提升環(huán)節(jié)主要關系到煤礦企業(yè)的生產效率以及相關礦工人員的安全。因此，采用優(yōu)化的自動化技術可以有效地提高生產效率，且降低了對相關人員的危險系數(shù)。自動化技術不僅具有操作方便快捷的優(yōu)勢，而且可以提高生產操作過程中的安全系數(shù)，因此，在礦井提升環(huán)節(jié)中也得到了廣泛的應用。

三、自動化技術在煤礦采煤中應注意的關鍵點

自動化技術在煤礦采煤中的應用較為廣泛，但是該如何保證其相關性能的穩(wěn)定且運行正常呢？可從變速器試驗臺、驅動設備、加載裝置以及分析發(fā)動機的相關速度數(shù)據(jù)這4個環(huán)節(jié)來設定關鍵控制點，提供煤礦企業(yè)長足有效的發(fā)展。

1.試驗臺機械結構及總體布置

變速器試驗臺是一個綜合了機械、電氣、液壓原理的機電系統(tǒng)。其具體工作原理是驅動電機連續(xù)輸入額定轉速和扭矩，以模擬變速器在煤礦采煤工作中的輸入工況。為達到發(fā)動機的最高轉速，在驅動機后往往要安裝一個升速齒輪箱來解除驅動電機的最高轉速的限制。為了更接近礦區(qū)采煤的真實工況，在變速器輸入端增加一個慣量盤，其旋轉時的轉動慣量與在離合器飛輪和傳動軸旋轉時產生的轉動慣量相同。試驗臺的末端是加載裝置及其匹配的冷卻系統(tǒng)，它能給變速器施加阻力矩，以模擬設備采煤時的負載和道路阻尼。

2.驅動設備的選擇

作為操作系統(tǒng)和輸入輸出設備的連接器，驅動設備的主要作用是給實驗變速器輸入試驗過程所需的轉速和扭矩，其動力主要來源于內燃機或電動機。內燃機具有操作更加接近實際的優(yōu)點，但易產生廢氣和噪聲污染，且轉速和扭矩不易操作控制。電動機具有噪音小、占地面積小、啟停方便、無污染、易于控制等優(yōu)點，因此在煤礦傳動系統(tǒng)的實驗設備上得到較為廣泛的應用。

3.加載裝置的選擇

加載裝置在整個采煤操作過程的作用主要是為被測變速器施加負載轉矩，現(xiàn)今應用最為廣泛的設備是測功機。測功機一般用于測試發(fā)動機的功率，也可作為齒輪箱、減速機、變速箱試驗設備的負載裝置。測功機主要分為水力測功機、電渦流測功機以及電力測功機。電力測功機利用電機測量各種動力機械軸上輸出的轉矩，并結合轉速確定功率。目前采礦企業(yè)主要采用電渦流測功機，利用渦流產生制動轉矩來測量機械轉矩。電渦流測功機主要是由電磁滑差離合器、測力計和測速發(fā)電機構成，一般用于測量轉速上升而轉速下降，或轉矩變化而轉速基本不變的動力機械。

4.發(fā)動機速度特性分析

本文選用交流異步電機作為試驗臺架的驅動系統(tǒng)，驅動試驗變速器及負載機構的運轉來建立起自動化采煤系統(tǒng)模型。所選用的驅動電機應能完全覆蓋被測變速器所匹配采煤設備發(fā)動機的全部性能和運行工況，同時還應具備轉速和轉矩的調節(jié)能力。為使最終相關數(shù)據(jù)參數(shù)更為穩(wěn)定和準確，有關發(fā)動機的速度性能要符合要求。

結語

自動化技術在煤礦采煤中的應用，對煤礦企業(yè)的發(fā)展起到了支撐的作用，也是煤礦企業(yè)信息化建設的關鍵。雖然自動化技術的應用在現(xiàn)實操作中還是存在一些問題，但是我相信隨著科學技術的不斷創(chuàng)新，機械自動化技術必將不斷被完善，使煤礦采煤工作更加優(yōu)化。為有效提高煤礦產業(yè)的生產效率，保障人員的生命安全，煤礦采煤技術就要不斷地改進和革新。自動化技術的應用可幫助煤礦企業(yè)的信息化建設，因此，為提高自動化技術水平，不僅要完善相關工作，還要不斷地創(chuàng)新和發(fā)展，我們任重而道遠。我堅信，社會的發(fā)展和進步終將使煤礦產業(yè)更加穩(wěn)定和安全。

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