煤礦機(jī)械設(shè)備電氣自動(dòng)化的技術(shù)應(yīng)用

李海濤

（山西霍爾辛赫煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046000）

引言

電氣自動(dòng)化是機(jī)械設(shè)備發(fā)展過(guò)程所必須達(dá)到的目標(biāo)之一，也是相應(yīng)工作升級(jí)進(jìn)步的必然需求。實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化，要對(duì)現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備的薄弱環(huán)節(jié)形成認(rèn)識(shí)，從機(jī)械設(shè)備在相關(guān)工作中表現(xiàn)出的關(guān)鍵作用點(diǎn)入手，展開(kāi)機(jī)械設(shè)備的電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)或改進(jìn)。

電氣自動(dòng)化又可以稱(chēng)之為電氣工程及其自動(dòng)化，是一個(gè)高等的專(zhuān)業(yè)，涉及到了許多方面的知識(shí)。這些多方面的知識(shí)融合而成的產(chǎn)物，就是電氣自動(dòng)化技術(shù)的核心。電氣自動(dòng)化技術(shù)相關(guān)概念早在上世紀(jì)就已經(jīng)提出，20世紀(jì)60年代開(kāi)始在機(jī)械設(shè)備中進(jìn)行應(yīng)用，到20世紀(jì)80年代，電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)取得了一定的成果。到目前為止，電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)十分廣泛，從大型機(jī)械設(shè)備到小件物品，電氣自動(dòng)化技術(shù)都得到了充分應(yīng)用，也發(fā)揮出了很大作用，迅速推動(dòng)我國(guó)科技進(jìn)步水平。

1 煤礦機(jī)械設(shè)備電氣自動(dòng)化現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

根據(jù)目前的實(shí)際情況來(lái)說(shuō)，電氣自動(dòng)化技術(shù)在煤礦機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用并不是很廣泛，對(duì)于煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求來(lái)說(shuō)，電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用稍顯落后。因此，需要在實(shí)際工作中，加強(qiáng)電氣自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用［1］。

在煤礦機(jī)械設(shè)備中，電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用存在不少問(wèn)題。

首先，電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用水平不高，和國(guó)外存在明顯差距。雖然我國(guó)電氣自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了較大發(fā)展，距離世界先進(jìn)水平的差距不斷縮減。但是，電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，尤其是在煤礦機(jī)械設(shè)備等礦山設(shè)備中的應(yīng)用，距離世界先進(jìn)水平卻存在不小的差距。例如，我國(guó)采煤機(jī)的電氣自動(dòng)化的最大牽引功率僅為500kW，相關(guān)牽引設(shè)備需要從國(guó)外進(jìn)口，不論是在硬件方面還是軟件方面，對(duì)國(guó)外依賴(lài)程度都很高，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)獨(dú)立發(fā)展［2］。

其次，電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用存在誤區(qū)。電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的目的在于提升煤礦機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行效率和安全，強(qiáng)化對(duì)設(shè)備運(yùn)行作業(yè)的監(jiān)測(cè)和控制，提高煤礦作業(yè)質(zhì)量提升經(jīng)濟(jì)效益。值得注意的是，只有實(shí)現(xiàn)設(shè)備安全穩(wěn)定的運(yùn)行，才能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益提升。但是，部分煤企在應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)時(shí)，犯了本末倒置的錯(cuò)誤，將經(jīng)濟(jì)效益放在了首要位置，將設(shè)備安全穩(wěn)定擺在了經(jīng)濟(jì)效益之后，這與煤礦安全生產(chǎn)形成了背離。

同時(shí)，電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用速度較慢。根據(jù)當(dāng)前的實(shí)際情況來(lái)看，能源危機(jī)不斷凸顯的大環(huán)境下，采煤作業(yè)的要求正在不斷升高。因此，煤礦作業(yè)需要實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化技術(shù)的快速應(yīng)用，力爭(zhēng)在短時(shí)間內(nèi)提升采煤作業(yè)的成效，使其符合社會(huì)實(shí)際需求。但是，電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用卻比較緩慢，往往需要較長(zhǎng)時(shí)間才能完成。而且應(yīng)用效果并不理想，需要反復(fù)優(yōu)化完善。這就拖慢了煤礦生產(chǎn)速度的提升，阻礙了煤礦企業(yè)的高速發(fā)展。

2 電氣自動(dòng)化技術(shù)在煤礦機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用

1）電氣自動(dòng)化技術(shù)在采掘設(shè)備中的應(yīng)用。

采掘設(shè)備是煤礦中十分重要的一類(lèi)設(shè)備，除核心的掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備之外，還有一系列輔助設(shè)備。在煤礦采掘作業(yè)中，主要是依靠電力作為采掘作業(yè)的核心動(dòng)力源。在采掘設(shè)備上，多電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用逐漸廣泛，在煤礦生產(chǎn)規(guī)模不斷增長(zhǎng)的情況下，多電機(jī)系統(tǒng)的容量也在不斷提高，單機(jī)牽引功率已經(jīng)超過(guò)了120kW。通過(guò)電力作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，可以有效提升采掘設(shè)備的運(yùn)行效率和作業(yè)穩(wěn)定性，增強(qiáng)了設(shè)備的抗性，縮減了機(jī)械設(shè)備的維護(hù)工作量，優(yōu)化了采煤作業(yè)環(huán)節(jié)。在電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，計(jì)算機(jī)技術(shù)是不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)采掘設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、處理、分析、故障診斷等多方面的基本功能，促使煤礦機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化程度不斷提升［3］。

在采掘設(shè)備不斷實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化的同時(shí)，其他相關(guān)輔助設(shè)備也實(shí)現(xiàn)了電氣自動(dòng)化的應(yīng)用。比如輸送設(shè)備，傳統(tǒng)的輸送設(shè)備承載力較低、功能單一，難以符合煤礦生產(chǎn)發(fā)展進(jìn)步的實(shí)際要求。但是，通過(guò)電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，輸送設(shè)備正在向重承載、多功能的方向發(fā)展。在某些國(guó)家，雙速電機(jī)已經(jīng)投入到輸送設(shè)備中，通過(guò)計(jì)算機(jī)能夠?qū)ζ湫纬扇姹O(jiān)控，及時(shí)調(diào)整輸送設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。而就液壓支架來(lái)看，其是保證煤礦生產(chǎn)安全的重要道具，通過(guò)電氣自動(dòng)化，就可以使實(shí)現(xiàn)高壓供液和自動(dòng)化電液控制等功能，提升液壓支架的工作性能，確保煤礦作業(yè)安全。圖1為某型液壓支架。

圖1 液壓支架

2）電氣自動(dòng)化技術(shù)在提升設(shè)備中的應(yīng)用。

我國(guó)煤礦的快速發(fā)展開(kāi)始與20世紀(jì)80年代，在能源需求迅速增長(zhǎng)的背景下，采煤量急劇攀升，這就要求提升設(shè)備必須實(shí)現(xiàn)大幅升級(jí)發(fā)展。膠帶運(yùn)輸機(jī)是主要的厚煤輸送設(shè)備，為了提升膠帶運(yùn)輸機(jī)的升級(jí)發(fā)展，相關(guān)企業(yè)開(kāi)發(fā)出了工況監(jiān)控系統(tǒng)，在實(shí)際使用中表現(xiàn)出了強(qiáng)大的功能。工況監(jiān)控系統(tǒng)主要包括了PLC編程技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，將膠帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行安全保證工作實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)化和綜合化。不僅如此，基于分散式DCS自動(dòng)化控制系統(tǒng)，能夠?qū)Ω黜?xiàng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)分散式控制，提升了控制系統(tǒng)的容錯(cuò)能力。除此之外，我國(guó)還開(kāi)發(fā)出了全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，其表現(xiàn)出了十分高效的調(diào)速效果，極大優(yōu)化了輸送作業(yè)。與之對(duì)應(yīng)的集中監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)δz帶運(yùn)輸機(jī)的各個(gè)工藝流程進(jìn)行集中監(jiān)控，甚至可以通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)其建立生產(chǎn)模型，用以預(yù)測(cè)分析最佳工況，進(jìn)行設(shè)備管理。

電氣自動(dòng)化技術(shù)還催生處理變頻技術(shù)，通過(guò)變頻技術(shù)，可以在最大程度上優(yōu)化煤礦機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行效率和能量耗用，起到維護(hù)機(jī)械設(shè)備使用壽命和降低采煤作業(yè)經(jīng)濟(jì)成本的作用。比如，在運(yùn)輸機(jī)或提升機(jī)中，可以通過(guò)變頻技術(shù)對(duì)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行變頻控制，根據(jù)實(shí)際作業(yè)需求，確保運(yùn)輸機(jī)或提升機(jī)始終處于最優(yōu)工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)能耗降低。圖2為變頻提升機(jī)系統(tǒng)示意圖。

圖2 變頻提升機(jī)系統(tǒng)示意圖

3）電氣自動(dòng)化技術(shù)在通風(fēng)系統(tǒng)和排水系統(tǒng)中的應(yīng)用。

通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)的一個(gè)重要系統(tǒng)，相關(guān)設(shè)備眾多，功能意義重大。在通過(guò)系統(tǒng)中應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，需要做好兩個(gè)方面的工作。第一個(gè)方面是做好井下環(huán)境監(jiān)測(cè)，即對(duì)井下的瓦斯?jié)舛取⒎蹓m濃度等危險(xiǎn)因素進(jìn)行監(jiān)測(cè)；第二個(gè)方面是進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，根據(jù)相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，確保瓦斯?jié)舛?、粉塵濃度等危險(xiǎn)因素能夠被控制在合理范圍之內(nèi)，不會(huì)對(duì)煤礦生產(chǎn)形成影響。

排水系統(tǒng)也是煤礦生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，主要是實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)三個(gè)方面的自動(dòng)化功能。第一，通過(guò)電氣自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)的自動(dòng)給水和排水，并且可以對(duì)給水量和排水量實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。第二，排水系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可以自動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并作出警報(bào)，同時(shí)對(duì)故障進(jìn)行自動(dòng)處理，防止問(wèn)題擴(kuò)大，保證采煤安全。第三，將排水系統(tǒng)的各項(xiàng)工作數(shù)據(jù)、運(yùn)行信息全面自動(dòng)地反饋至地面，匯入煤礦生產(chǎn)總體數(shù)據(jù)庫(kù)，以便進(jìn)行全局工作規(guī)劃與調(diào)度。

3 結(jié)語(yǔ)

電氣自動(dòng)化技術(shù)是機(jī)械設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)，煤礦機(jī)械設(shè)備對(duì)于實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用更是具有重大的意義。雖然目前電氣自動(dòng)化技術(shù)在煤礦機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用還存在一定問(wèn)題，但是只要認(rèn)識(shí)到電氣自動(dòng)化技術(shù)的重要性，并且從采掘設(shè)備、提升設(shè)備、通風(fēng)系統(tǒng)等煤礦關(guān)鍵環(huán)節(jié)入手，則能優(yōu)化電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用。

［1］ 李波.談煤礦機(jī)械設(shè)備電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用［J］.科技與企業(yè)，2012（12）：15.

［2］ 胡軒.論煤礦自動(dòng)化的未來(lái)發(fā)展［J］.國(guó)投新集劉莊煤礦，2012（6）：47.

［3］ 譚得健.我國(guó)煤礦自動(dòng)化現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（9）：20.