淺析電子技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景

劉 暉

（山西霍爾辛赫煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046600）

引言

改革開放30多年，我國(guó)的煤礦技術(shù)裝備得到了長(zhǎng)足發(fā)展，電子技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用越來越廣泛。煤礦的機(jī)電一體化技術(shù)越來越成熟，既推動(dòng)了煤礦行業(yè)的發(fā)展，也推動(dòng)了機(jī)械行業(yè)的健康發(fā)展。電子技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用大大提高了井下生產(chǎn)的安全度，提高了開采效率，為綠色開采、文明開采、安全開采奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

1 電子技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用現(xiàn)狀

19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，電子管的發(fā)明帶來了電子設(shè)備的變革。如今，電子技術(shù)越來越成熟和先進(jìn)，被廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中，推動(dòng)社會(huì)各行各業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。在煤礦生產(chǎn)中，礦井提升機(jī)、變頻器、傳感器、電氣傳動(dòng)系統(tǒng)等都是電子技術(shù)的體現(xiàn)，這也表明電子技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中有非常廣泛的應(yīng)用。再比如說，機(jī)電一體化技術(shù)具有網(wǎng)絡(luò)化、智能化、綠色化等優(yōu)點(diǎn)，目前在煤礦中得到充分應(yīng)用，該技術(shù)室計(jì)算機(jī)、微電子、自動(dòng)控制、信息技術(shù)等多技術(shù)的綜合體，是現(xiàn)代電子技術(shù)的重要分支。電子技術(shù)的發(fā)展和煤炭行業(yè)的發(fā)展使得電子技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用越來越徹底，帶動(dòng)雙方的可持續(xù)發(fā)展。

1.1 電子技術(shù)在煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

煤礦中的安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是電子技術(shù)的產(chǎn)物，在煤礦安全管理中起到重要作用，有效減少了煤礦事故發(fā)生率，提高了安全管理水平，促進(jìn)煤炭企業(yè)健康發(fā)展。安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家在煤礦的相關(guān)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)下開發(fā)和推廣全系列安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提高產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)意識(shí)，生產(chǎn)出來的安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在煤礦開采的安全管理中起到重要作用[1]。

煤礦的安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常需要對(duì)礦井的風(fēng)速、礦塵、一氧化碳、溫濕度、氧氣、二氧化碳等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，設(shè)計(jì)礦井通信線路，傳遞監(jiān)測(cè)信息。而礦井生產(chǎn)中，井下結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，坑道空間狹窄，對(duì)通信線路的維護(hù)要求較高。一旦線路發(fā)生故障，就可能導(dǎo)致整個(gè)安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的癱瘓。利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建礦井環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有這樣三個(gè)優(yōu)勢(shì)：第一，傳感器節(jié)點(diǎn)體積小，只需部署一次無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。第二，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量多、密度大，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以監(jiān)測(cè)到大量詳細(xì)的環(huán)境信息，傳遞到基站。第三，無線傳感器節(jié)點(diǎn)有一定的計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力，可以根據(jù)環(huán)境的變化進(jìn)行復(fù)雜的動(dòng)態(tài)監(jiān)控。無線傳感器將監(jiān)測(cè)的礦井下的環(huán)境信息傳遞給基站，為企業(yè)做好礦井下的安全管理工作提供大量可靠信息，提高安全管理水平。

下頁(yè)圖1為KJ4N煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，它能滿足各種大、中、小型煤礦在安全生產(chǎn)、生產(chǎn)指揮調(diào)度、綜合信息管理、井下人員管理等的要求。該系統(tǒng)符合煤礦安全生產(chǎn)的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和功能指標(biāo)，具有一定的數(shù)據(jù)分析能力和處理能力，能在滿足煤礦安全生產(chǎn)的前提下滿足企業(yè)生產(chǎn)指揮調(diào)度的需求。

圖1 KJ4N煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

1.2 電子技術(shù)在煤礦通信網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)總線CAN-bus具有通信可靠性好、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸快、系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本不高、網(wǎng)絡(luò)通信距離長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，利用其開展的煤礦通信網(wǎng)建設(shè)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤礦現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，了解礦井生產(chǎn)情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故隱患，從而做出相對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)調(diào)度，避免危機(jī)的發(fā)生。在井下通信網(wǎng)建設(shè)中，當(dāng)通訊率為5 kb/s時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)總線CAN-bus的通信傳輸距離可達(dá)10 km，若是再安裝一個(gè)CANbridge網(wǎng)橋，通信距離可以延長(zhǎng)一倍，而且還能改變通信網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，形成樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，解決井下結(jié)構(gòu)復(fù)雜的難題。而一個(gè)中小型煤礦的井下通信距離在20 km以上，運(yùn)用CAN-bus現(xiàn)場(chǎng)總線可以解決通信距離問題。

1.3 電子技術(shù)在煤礦設(shè)備中的體現(xiàn)

帶式輸送機(jī)、礦井提升機(jī)是煤礦中常見的機(jī)械設(shè)備，而這些設(shè)備又運(yùn)用了大量的電子技術(shù)。比如說，在帶式輸送機(jī)上，使用變頻器實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的軟啟動(dòng)功能，電機(jī)與皮帶的軟啟動(dòng)合二為一，隨著電機(jī)的慢速啟動(dòng)，皮帶也逐漸啟動(dòng)，皮帶內(nèi)部的能量逐漸釋放出來。而皮帶啟動(dòng)過程中產(chǎn)生的張力波非常小，對(duì)皮帶影響小。電子技術(shù)在帶式輸送機(jī)上的運(yùn)用極大地提高了其技術(shù)水平，電子技術(shù)的發(fā)展同時(shí)帶動(dòng)了大功率、長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)及其配套設(shè)備的研發(fā)。

作為一個(gè)大型的典型電子技術(shù)產(chǎn)品——礦井提升機(jī)，充分體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的融合。全數(shù)字化礦井提升機(jī)以完整的診斷設(shè)施、自我診斷功能、簡(jiǎn)單快捷的通信功能、簡(jiǎn)單的電氣結(jié)構(gòu)、重復(fù)性故障尋址等功能成為煤礦提升機(jī)的首選設(shè)備[2]。

另外，在轉(zhuǎn)載機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、連采機(jī)上都可以看到電子技術(shù)的影子，感受電子技術(shù)帶來的成果。

2 電子技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用前景

電子技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用有助于提高煤礦管理水平、開采率、安全性等，創(chuàng)造綠色的煤礦生產(chǎn)環(huán)境，推動(dòng)掘采一體機(jī)短壁開采技術(shù)、大采高綜采技術(shù)等的發(fā)展，滿足煤柱、不規(guī)則塊段等煤炭資源回收需要[3]，提高開采率，促進(jìn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。未來，電子技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用主要有三個(gè)方面：

1）利用電子技術(shù)構(gòu)建安全檢測(cè)控制系統(tǒng)，做好瓦斯控制工作，做好礦山頂板壓力、井下煤炭運(yùn)輸、有害氣體等的檢測(cè)控制工作，提高煤礦生產(chǎn)的安全性，充分利用現(xiàn)代技術(shù)成果實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)的機(jī)電一體化，提高科技含量，創(chuàng)造綠色的煤礦生產(chǎn)環(huán)境。

2）電子技術(shù)在煤礦節(jié)能減排中的應(yīng)用以及煤礦作業(yè)環(huán)節(jié)的監(jiān)測(cè)。煤礦生產(chǎn)中的機(jī)械設(shè)備非常多，電力損耗大，煤礦行業(yè)已經(jīng)成為我國(guó)第一電力損耗行業(yè)。礦井生產(chǎn)中的電能損耗有接近90%來自于電機(jī)，而電機(jī)是感性負(fù)載，功率因數(shù)低，負(fù)載變化大，節(jié)能空間廣。對(duì)電機(jī)中的電力電子器件進(jìn)行技術(shù)改造或是更換新的電力電子器件，采用先進(jìn)電子技術(shù)，提高節(jié)能效果。比如說，在煤礦風(fēng)機(jī)、水泵等機(jī)械設(shè)備中，安裝變頻調(diào)速裝置，根據(jù)季節(jié)、工況、氣候變化自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制流量，達(dá)到節(jié)能目的。再比如說，將礦井中的普通熒光燈、白熾燈換成節(jié)能燈具，因?yàn)榈V井下的照明需求大，更換節(jié)能燈具能取得良好的節(jié)能效果。運(yùn)用電子技術(shù)開發(fā)新型節(jié)能光源和節(jié)能燈具實(shí)現(xiàn)煤礦的綠色照明，促進(jìn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。節(jié)能以及煤礦作業(yè)環(huán)節(jié)的監(jiān)測(cè)是電子技術(shù)在煤礦中應(yīng)用的重要方向之一[4]。

3）運(yùn)用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)信息的聯(lián)網(wǎng)，將煤礦企業(yè)的各個(gè)部門有機(jī)聯(lián)系起來，整體部署煤礦生產(chǎn)計(jì)劃，及時(shí)獲取相關(guān)信息，提高管理水平，提高生產(chǎn)效率，促進(jìn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

3 結(jié)語(yǔ)

電子技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用有助于加快實(shí)現(xiàn)煤礦的現(xiàn)代化、信息化，不僅能提高生產(chǎn)效率，還能降低生產(chǎn)成本，減少安全生產(chǎn)事故，達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的目的。運(yùn)用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)科學(xué)的高科技安全生產(chǎn)和管理，促進(jìn)企業(yè)健康發(fā)展。利用電子技術(shù)提高煤礦企業(yè)的現(xiàn)代化水平，提高機(jī)械設(shè)備以及管理的科技含量，實(shí)現(xiàn)信息化管理，實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)、電子技術(shù)、機(jī)械制造行業(yè)等的共同發(fā)展。本文簡(jiǎn)單介紹了電子技術(shù)在煤礦通信網(wǎng)建設(shè)、安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用，分析了電子技術(shù)在煤礦中應(yīng)用的三個(gè)主要方向，具有一定的參考價(jià)值。

[1]岳曉紅.淺談機(jī)電一體化技術(shù)及其在煤礦中的應(yīng)用[J].中國(guó)電子商務(wù),2011(5):92.

[2]蔡善海.試論煤礦機(jī)電一體化技術(shù)[J].科技信息,2008(28):151.

[3]王金華.中國(guó)煤礦現(xiàn)代化開采技術(shù)裝備現(xiàn)狀及其展望[A].中國(guó)國(guó)際煤炭發(fā)展高層論壇論文集,2010.

[4]任光鑫.淺析煤礦綠色開采的技術(shù)應(yīng)用[J].中華民居,2011(10):563-564.