淺談自動化技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用

胡振南

（兗礦東華重工有限公司，山東 濟(jì)寧 273500）

煤礦生產(chǎn)產(chǎn)能的提高離不開機(jī)電設(shè)備及其的自動化應(yīng)用，要充分合理地引入先進(jìn)的自動化技術(shù)和手段，如PLC、GIS、光纖傳感技術(shù)等，將其應(yīng)用于煤礦機(jī)電設(shè)備之中，包括礦用皮帶機(jī)電氣控制系統(tǒng)、安全狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、機(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)等，較好地提升煤礦機(jī)電設(shè)備管理水平，提高煤礦機(jī)電設(shè)備的利用率。

1 煤礦機(jī)電設(shè)備的自動化技術(shù)概述

（1）電子信息技術(shù)?？梢栽诿旱V機(jī)電設(shè)備中采用電子信息技術(shù)，如電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)，體現(xiàn)電子器件的高靈敏性和快速反應(yīng)特點(diǎn)，提高煤礦機(jī)電設(shè)備的便捷操作水平。以煤礦生產(chǎn)的大功率設(shè)備為例，可以在掘進(jìn)機(jī)、提升機(jī)、開采運(yùn)輸設(shè)備、排水及通風(fēng)設(shè)備中采用微電子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)相關(guān)信息的實(shí)時采集、檢測、傳輸和處理，有效控制大功率設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)行過程。

（2）機(jī)電一體化技術(shù)。隨著煤礦機(jī)電設(shè)備的智能化、柔性化發(fā)展趨勢，要在煤礦機(jī)電設(shè)備中引入機(jī)電一體化技術(shù)，實(shí)時監(jiān)控煤礦機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，進(jìn)行自動化的故障報(bào)警和處理，提高煤礦機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行效率。

（3）控制技術(shù)?？梢詫⒂?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制技術(shù)引入到煤礦機(jī)電設(shè)備之中，實(shí)現(xiàn)煤礦機(jī)電設(shè)備中的驅(qū)動裝置、控制裝置、生產(chǎn)器械的自動化控制，滿足煤礦機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用需求。

2 煤礦機(jī)電設(shè)備自動化技術(shù)應(yīng)用存在的問題剖析

（1）缺乏完善的管理制度。由于煤礦機(jī)電設(shè)備自動化技術(shù)應(yīng)用相對復(fù)雜，因而要以完善的管理制度為保障。然而當(dāng)前的煤礦機(jī)電設(shè)備自動化應(yīng)用缺乏完善的管理制度和體系，仍舊沿襲原有的設(shè)備管理機(jī)制和模式，導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備自動化技術(shù)的應(yīng)用價值無法充分體現(xiàn)。

（2）缺乏合理全面的煤礦生產(chǎn)設(shè)備工程設(shè)計(jì)。在自動化技術(shù)應(yīng)用于煤礦機(jī)電設(shè)備的過程中，缺乏對自動化技術(shù)應(yīng)用的全面工程設(shè)計(jì)，對于煤礦機(jī)電設(shè)備安裝、費(fèi)用預(yù)估、采礦進(jìn)度的設(shè)計(jì)不足，無法充分發(fā)揮自動化技術(shù)的優(yōu)勢功能和特點(diǎn)，增大了煤礦開采的安全隱患。

（3）煤礦機(jī)電設(shè)備安裝技術(shù)及操作不夠規(guī)范。部分生產(chǎn)作業(yè)人員沒有全面掌握煤礦機(jī)電設(shè)備的安裝技術(shù)和操作規(guī)程，在安裝實(shí)踐中存在錯誤或疏漏，增大了煤礦機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)作業(yè)的安全隱患，降低了煤礦自動化機(jī)電設(shè)備的開采效率。

3 自動化技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用探索

3．1 PLC自動化技術(shù)在煤礦皮帶機(jī)電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

煤礦皮帶機(jī)電氣控制系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)對皮帶機(jī)的自動控制和操作，可以將先進(jìn)的PLC自動化技術(shù)應(yīng)用于皮帶機(jī)電氣控制系統(tǒng)之中，提高皮帶機(jī)的自動化程度，采用以PLC為核心的可編程電控裝置、調(diào)速型液力偶合器和行星齒輪減速器等，實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)的軟起動和制動控制，遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制各個皮帶機(jī)的各個參數(shù)，在多級驅(qū)動、輸送機(jī)變向運(yùn)行及功率平衡的技術(shù)支持下，延長皮帶機(jī)的單機(jī)輸送長度，并在變頻器技術(shù)的應(yīng)用下，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的穩(wěn)定、節(jié)能、快速啟動和調(diào)速，實(shí)現(xiàn)井下皮帶機(jī)電氣自動化控制。系統(tǒng)采用的傳感器主要包括有：（1）速度傳感器。重點(diǎn)監(jiān)測皮帶機(jī)皮帶的速度，監(jiān)測并獲悉皮帶打滑、超速等問題。（2）跑偏傳感器。主要實(shí)現(xiàn)對皮帶機(jī)皮帶的跑偏狀況的實(shí)時快速監(jiān)測，一旦出現(xiàn)跑偏信號，則要切斷電源，實(shí)現(xiàn)對皮帶機(jī)的跑偏保護(hù)。（3）煙霧傳感器。重點(diǎn)監(jiān)測皮帶機(jī)運(yùn)輸煤礦過程中因摩擦而出現(xiàn)燃燒或過熱的現(xiàn)象，主要是針對礦井下的惡劣環(huán)境而設(shè)計(jì)的。（4）溫度傳感器。主要實(shí)現(xiàn)對皮帶的保護(hù)，避免皮帶機(jī)運(yùn)輸煤礦過程中因溫度過高而引發(fā)皮帶起火或煤炭燃燒的現(xiàn)象。（5）堆煤傳感器。主要針對皮帶上出現(xiàn)過多的煤堆積的現(xiàn)象，避免皮帶的損壞。（6）縱撕傳感器。主要監(jiān)測皮帶機(jī)的彎曲程度，由此判定皮帶運(yùn)行過程中的撕裂故障。（7）語音傳感器。主要進(jìn)行語音提示和語音故障報(bào)警，體現(xiàn)控制系統(tǒng)的人性化設(shè)計(jì)。（8）拉線傳感器。主要是通過急停開關(guān)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對礦用帶式輸送機(jī)的緊急停車信號檢測和綜合保護(hù)。

具體應(yīng)用功能包括有：（1）動態(tài)顯示?？梢岳肞LC自動化皮帶機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)顯示，通過良好的人機(jī)控制界面，顯示帶速、軸溫、打滑、跑偏、縱撕、堆煤、煙霧等運(yùn)行環(huán)境參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)故障信號并提示預(yù)警。（2）連鎖功能?？梢圆捎眉?、手動、檢修、就地、閉鎖等不同控制方式，進(jìn)行電機(jī)的順序啟動和反順序停止，通過軟啟動和軟停車的方法，實(shí)現(xiàn)大功率運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)的重載啟動和低加速度平穩(wěn)啟動，提高多級皮帶機(jī)的運(yùn)行效率。（3）故障保護(hù)。自動化系統(tǒng)能夠及時監(jiān)測和發(fā)現(xiàn)皮帶機(jī)系統(tǒng)的打滑、堆煤、超速等故障，自動控制皮帶機(jī)停車，對于超溫、煙霧故障時自動啟動灑水裝置。

3．2 光纖傳感技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

由于煤礦機(jī)電設(shè)備運(yùn)行故障會引發(fā)燃燒及次生災(zāi)害，為此，要加強(qiáng)煤礦重大災(zāi)害的監(jiān)測和預(yù)警，可以引入光纖傳感技術(shù)，集中實(shí)時采集煤礦機(jī)電設(shè)備的安全狀態(tài)參數(shù)，如振動、溫度等，從而較好地提高煤礦機(jī)電設(shè)備信息融合和狀態(tài)監(jiān)測水平。

具體來說，主要有以下三種光纖傳感技術(shù)：（1）基于光纖光柵的物理量監(jiān)測技術(shù)?？梢岳迷摷夹g(shù)制作煤礦上使用的光纖溫度傳感器，并與其他機(jī)械結(jié)構(gòu)相結(jié)合進(jìn)行使用，如：位移傳感器、氫氣傳感器、濕度傳感器等，更好地適應(yīng)煤礦環(huán)境的要求。（2）基于拉曼散射的分布式溫度監(jiān)測技術(shù)。可以利用煤礦光纖分布式測溫系統(tǒng)，檢測煤礦采空區(qū)內(nèi)部的溫度、距離，準(zhǔn)確判定采空區(qū)“三帶”的分布及采空區(qū)頂板垮落砸斷測溫光纜的位置，并進(jìn)行皮帶機(jī)、電纜的溫度異常監(jiān)測和定位排查。（3）基于可調(diào)諧激光光譜吸收的氣體監(jiān)測技術(shù)。利用該技術(shù)制作煤礦用的光吸收類氣體傳感器，利用激光二極管的波長掃描和電流調(diào)諧特性，進(jìn)行氣體的測量，為應(yīng)急救援提供數(shù)據(jù)支撐。

基于光纖傳感技術(shù)的煤礦機(jī)電設(shè)備安全生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)可以監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，主要包括有：（1）主井提升機(jī)狀態(tài)監(jiān)測。包括驅(qū)動電機(jī)、變速箱、導(dǎo)向輪、滾動軸承振動和溫度的監(jiān)測，液壓站溫度及壓力的監(jiān)測，潤滑泵的壓力監(jiān)測，高壓開關(guān)柜電纜接頭溫度監(jiān)測，變壓器繞組的溫度監(jiān)測，噪聲監(jiān)測。（2）壓風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測。空氣壓縮機(jī)溫度及振動監(jiān)測，電機(jī)溫度及振動監(jiān)測，壓縮機(jī)管道的壓力監(jiān)測。（3）中央泵房水泵狀態(tài)監(jiān)測。重點(diǎn)監(jiān)測水泵及電機(jī)軸承的溫度及振動，水泵壓力及水位等狀態(tài)。（4）一采主皮狀態(tài)監(jiān)測。監(jiān)測皮帶機(jī)機(jī)頭、給煤機(jī)、機(jī)尾的溫度及振動，水箱及冷水塔的水壓及水位，油泵油壓參數(shù)等。并對一采主皮、一采三號皮實(shí)施分布式溫度在線監(jiān)測。

3．3 自動化技術(shù)在煤礦挖掘設(shè)備中的應(yīng)用

由于煤礦井下作業(yè)極其復(fù)雜和惡劣，因而煤礦開采作業(yè)必須要采用各種大型采掘設(shè)備，實(shí)現(xiàn)煤礦的自動化、綜合化開采作業(yè)，可以引入電牽引采煤機(jī)設(shè)備，利用其良好的牽引性能和特點(diǎn)，在自動化控制系統(tǒng)的作用下，由電牽引采煤機(jī)提供較大的牽引力，利用自動化控制系統(tǒng)發(fā)電制動，有效牽引住下滑的制動器，適用于40°～50°的傾斜煤層，能夠有效地提高煤礦開采率。

3．4 基于GIS的煤礦機(jī)電設(shè)備精細(xì)化管理系統(tǒng)的應(yīng)用

面對日趨網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、信息化、自動化的管理趨勢，煤礦機(jī)電設(shè)備管理和維護(hù)也引入了Jsp技術(shù)、GIS地圖開發(fā)工具，設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于GIS的煤礦機(jī)電設(shè)備精細(xì)化管理系統(tǒng)，優(yōu)化了煤礦機(jī)電設(shè)備的管理模式，采用GIS地圖管理模式，實(shí)現(xiàn)了煤礦機(jī)電設(shè)備計(jì)劃采購、入庫、領(lǐng)用、出庫、點(diǎn)檢、回收、報(bào)廢的全過程管理，實(shí)現(xiàn)了煤礦機(jī)電設(shè)備維檢辦公自動化。

4 結(jié)語

綜上所述，自動化技術(shù)為煤礦機(jī)電設(shè)備帶來極大的便利，有效提高煤礦機(jī)電設(shè)備應(yīng)用效率，實(shí)現(xiàn)煤礦自動化開采、挖掘作業(yè)，進(jìn)行煤礦作業(yè)過程的實(shí)時自動化監(jiān)測和控制，較好地規(guī)避煤礦作業(yè)生產(chǎn)過程中的安全隱患，實(shí)現(xiàn)煤礦安全高效的生產(chǎn)。