煤礦機(jī)電裝備自動化技術(shù)研究

孟昭春

（煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，北京100013）

1 煤礦機(jī)電設(shè)備自動化技術(shù)

煤礦生產(chǎn)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行過程中涉及的自動化技術(shù)包括電子信息技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、控制技術(shù)等，其中，電子信息技術(shù)包括電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)，其充分發(fā)揮了電子器件靈敏度高、反應(yīng)速度快的優(yōu)勢，大大改善了機(jī)電設(shè)備的性能，提高了煤礦的生產(chǎn)效率。比如，微電子技術(shù)經(jīng)常應(yīng)用于掘進(jìn)機(jī)、提升機(jī)、排水設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備、開采設(shè)備中，不僅能提高設(shè)備的運(yùn)行效率，而且可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時采集、檢測、傳輸與處理，對整個設(shè)備的運(yùn)行過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，提高了設(shè)備運(yùn)行的安全性與可靠性。機(jī)電一體化技術(shù)主要應(yīng)用于機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，并且能夠自動反饋故障信息，提高了機(jī)電設(shè)備的智能化程度?？刂萍夹g(shù)主要應(yīng)用于煤礦機(jī)電設(shè)備的驅(qū)動裝置、控制裝置等，主要包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能控制技術(shù)等，可以滿足井下惡劣的生產(chǎn)環(huán)境需求，最大限度地保證煤礦生產(chǎn)過程的安全性。

2 煤礦機(jī)電設(shè)備應(yīng)用自動化技術(shù)的必要性

在煤礦生產(chǎn)過程中應(yīng)用自動化技術(shù)，其必要性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

首先，自動化技術(shù)提高了煤礦的生產(chǎn)效率。隨著煤礦開采進(jìn)度的不斷推進(jìn)，煤礦生產(chǎn)中，露天生產(chǎn)的情況也越來越少，煤礦開采生產(chǎn)大多數(shù)都在地下進(jìn)行，地下煤礦開采的施工流程更復(fù)雜，主要采用人工開采手段，對于生產(chǎn)過程的安全性要求也更高。而在生產(chǎn)過程中應(yīng)用自動化技術(shù)能夠大大提高煤礦地下開采生產(chǎn)效率，大部分難度更高、強(qiáng)度更大的工作由自動化挖掘設(shè)備完成，人工只需完成簡單的開采工作即可，人與機(jī)械設(shè)備的層次性分工大大降低了地下開采工作的強(qiáng)度，簡化了工作流程，提高了工作效率。其次，降低煤礦企業(yè)的生產(chǎn)成本。上文中說到，地下開采工作中，機(jī)械設(shè)備負(fù)責(zé)大部分難度高、強(qiáng)度高的工作內(nèi)容，人工只需完成簡單的操作即可，投入的人力更少，對于傳統(tǒng)煤礦企業(yè)而言，人力成本是煤礦企業(yè)生產(chǎn)成本中最重要的一部分，而降低人工成本能夠大大降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，對于企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。最后，提高了煤礦生產(chǎn)的安全性。煤礦開采生產(chǎn)具有高風(fēng)險(xiǎn)性的特點(diǎn)，地下工作條件惡劣，存在各種不可控因素，一旦發(fā)生安全生產(chǎn)事故，輕則影響正常生產(chǎn)，重則會導(dǎo)致人員傷亡。而自動化技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)整個生產(chǎn)過程的實(shí)時監(jiān)控，傳感器在線監(jiān)測井下環(huán)境中各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，及時發(fā)現(xiàn)問題及時反饋報(bào)警信息；自動化技術(shù)還可以監(jiān)控整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，及時發(fā)現(xiàn)異常情況，最大限度地提高生產(chǎn)過程的可控性，保證煤礦井下生產(chǎn)的安全性。

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

煤礦機(jī)電設(shè)備中，自動化技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在生產(chǎn)設(shè)備及監(jiān)控監(jiān)測設(shè)備中。

3.1 自動化技術(shù)在煤礦生產(chǎn)設(shè)備中的應(yīng)用

煤礦生產(chǎn)設(shè)備中，自動化技術(shù)的應(yīng)用主要有以下幾種。

3.1.1 數(shù)字化調(diào)度管理

煤礦生產(chǎn)過程中設(shè)備比例失衡的問題十分普遍，生產(chǎn)管理人員利用現(xiàn)工化的調(diào)度控制系統(tǒng)可以最大限度地提高設(shè)備比例的均衡性，從而提高設(shè)備的利用效率及煤礦生產(chǎn)效率。且自動化技術(shù)能夠通過配電室及計(jì)算機(jī)終端對礦山設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，優(yōu)化礦山補(bǔ)償電容器運(yùn)行。一旦電氣設(shè)備發(fā)生故障，自動化技術(shù)能夠通過無線通信技術(shù)向控制中心及時傳遞故障信息，及時采取應(yīng)對措施。

3.1.2 煤礦提升設(shè)備中的自動化技術(shù)

煤礦井下開采生產(chǎn)過程中，需要提升機(jī)設(shè)備往復(fù)循環(huán)工作，整個過程中自動化技術(shù)能夠保證提升機(jī)設(shè)備安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，提高運(yùn)行效率。煤礦提升設(shè)備主要應(yīng)用PLC自動控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的運(yùn)行控制，具體的自動控制系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 基于PLC自動控制技術(shù)的煤礦提升機(jī)系統(tǒng)示意圖

圖中，VVVF為控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的變頻調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)運(yùn)行過程中，PLC可編程控制器先進(jìn)行初始化處理，通過自檢確定提升機(jī)在井筒中的位置，系統(tǒng)檢測到行車信號的變化后，控制程序分析旋轉(zhuǎn)編碼器傳回的數(shù)據(jù)判斷設(shè)備的速度，并結(jié)合實(shí)際情況調(diào)整設(shè)備運(yùn)行速度，直至設(shè)備運(yùn)行至預(yù)設(shè)的位置。PLC自動控制技術(shù)簡化了控制系統(tǒng)的組成，提高了設(shè)備的控制精度，降低了系統(tǒng)的維護(hù)成本。

3.1.3 煤礦采掘設(shè)備中自動化技術(shù)的應(yīng)用

采掘設(shè)備的工作效率決定了煤礦的整個生產(chǎn)效率，而采掘設(shè)備在工作過程中的危險(xiǎn)性也高于其它設(shè)備，且煤礦井下工作環(huán)境也存在諸多安全隱患。而應(yīng)用自動化技術(shù)進(jìn)行采掘作業(yè)不僅可以減少人力成本投入，而且精確的自動化作業(yè)能夠大大減少事故發(fā)生率。比如，電牽引采煤機(jī)性能穩(wěn)定，自動化程度高，有些煤層有較高傾角，在采掘作業(yè)中應(yīng)用電牽引采煤機(jī)不僅能夠?yàn)椴擅汗ぷ魈峁┳銐虻膭恿?，而且無須額外使用防滑裝置，不僅降低了成本，而且更好地保證了采掘設(shè)備應(yīng)用中的安全性。

3.1.4 煤礦傳送設(shè)備中自動化技術(shù)的應(yīng)用

傳送設(shè)備的主要作用是將煤炭傳輸至豎井上方空間，雖然傳輸設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，但是故障發(fā)生率較高，比如，經(jīng)常發(fā)生運(yùn)行中斷、傳送帶漂移等問題，直接影響到生產(chǎn)效率，嚴(yán)重者甚至?xí)?dǎo)致停產(chǎn)。在傳輸設(shè)備中應(yīng)用自動控制系統(tǒng)可以將設(shè)備故障率降至最低，自動控制系統(tǒng)包括控制中心、操作界面、保護(hù)裝置及傳感器，傳感器可隨時監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，一旦設(shè)備出現(xiàn)漂移或失速等問題，傳感器會實(shí)時監(jiān)測到設(shè)備運(yùn)行異常，異常數(shù)據(jù)與控制中心設(shè)定好的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)做比較，比較出異常后再向傳送設(shè)備發(fā)送特定的調(diào)節(jié)信號，驅(qū)動設(shè)備就會對傳送帶的位置進(jìn)行調(diào)整，大大提高了傳輸設(shè)備的穩(wěn)定性，保證了輸送設(shè)備的工作質(zhì)量。

3.2 煤礦設(shè)備監(jiān)控監(jiān)測中自動化技術(shù)的應(yīng)用

煤礦生產(chǎn)是一項(xiàng)危險(xiǎn)系數(shù)較高的工作，其工作環(huán)境惡劣，有多種潛在危險(xiǎn)因素，一旦發(fā)生生產(chǎn)安全事故，不僅會造成企業(yè)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且會對井下工作人員的人身安全產(chǎn)生嚴(yán)重威脅，因此，要加強(qiáng)煤礦生產(chǎn)過程中機(jī)電設(shè)備的監(jiān)控監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)因素，及時排除問題。煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中涉及的自動化技術(shù)包括安全監(jiān)測、電網(wǎng)監(jiān)控、人員定位、移動通信等。利用自動通信技術(shù)可以實(shí)時監(jiān)測井下工作環(huán)境中的瓦斯?jié)舛取⒍趸紳舛鹊葏?shù)；監(jiān)測范圍還可覆蓋至提升系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等，大大提高了監(jiān)控監(jiān)測設(shè)備應(yīng)用的靈活性；且系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲功能可以將安全生產(chǎn)中的相關(guān)數(shù)據(jù)詳細(xì)的記錄下來，實(shí)現(xiàn)各類風(fēng)險(xiǎn)的早發(fā)現(xiàn)、早處理，并為后續(xù)安全防護(hù)工作的開展提供必要的數(shù)據(jù)支持。

總之，在煤礦生產(chǎn)過程中，自動化技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種機(jī)電設(shè)備，其提高了煤礦生產(chǎn)的自動化程度，并且能夠?qū)ψ鳂I(yè)環(huán)境、作業(yè)過程進(jìn)行實(shí)時自動化監(jiān)測監(jiān)控，最大限度地降低了各類安全事故的發(fā)生機(jī)率，保證煤礦企業(yè)安全、高效地生產(chǎn)，提高了煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益。