采礦設(shè)備的自動(dòng)化現(xiàn)狀及發(fā)展淺析

【摘 要】隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)及自動(dòng)化水平的快速發(fā)展，礦山設(shè)備的自動(dòng)化也成為采礦產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要內(nèi)容，能較大程度地提高煤炭開(kāi)采效率，增強(qiáng)煤炭企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。文章主要針對(duì)采礦設(shè)備自動(dòng)化的現(xiàn)狀及相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】采礦設(shè)備；自動(dòng)化；信息化

0.引言

近些年來(lái)，由于全球經(jīng)濟(jì)一體化趨勢(shì)的不斷增強(qiáng)，隨著一些先進(jìn)礦山設(shè)備的引進(jìn)及國(guó)內(nèi)針對(duì)采礦設(shè)備的不斷研究與創(chuàng)新，一大批新型的自動(dòng)化采礦設(shè)備得到了推廣和應(yīng)用，不僅在很大程度上提高了煤礦的生產(chǎn)效率和煤炭質(zhì)量，而且節(jié)約了大量的能源和人力資源[2]。因此，提高采礦設(shè)備的自動(dòng)化程度對(duì)于提高我國(guó)煤炭產(chǎn)量、促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面有著重要的意義。

1.采礦設(shè)備的發(fā)展方向

現(xiàn)階段制約我國(guó)煤炭企業(yè)的其中一個(gè)主要因素就是采礦設(shè)備，由于其生產(chǎn)效率低，自動(dòng)化程度差，造成了煤炭采出率底，事故發(fā)生率較其他發(fā)達(dá)國(guó)家高，以及大量的人員及能源的浪費(fèi)。近些年隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)逐漸普及到各個(gè)領(lǐng)域，采礦設(shè)備的自動(dòng)化作業(yè)技術(shù)得到了重視。各采礦發(fā)達(dá)國(guó)家、世界知名的采礦設(shè)備制造公司、礦山軟件開(kāi)發(fā)公司都進(jìn)行了這方面的研究和實(shí)踐，將電力電子技術(shù)逐步應(yīng)用到煤礦設(shè)備的設(shè)計(jì)研究當(dāng)中，比如，將信息采集與檢測(cè)、信息傳輸及信息處理技術(shù)應(yīng)用到煤礦自動(dòng)化和監(jiān)控系統(tǒng)中。

另外，隨著我國(guó)高產(chǎn)高效工作面的逐漸增多，煤礦各個(gè)工序?qū)υO(shè)備的要求不斷提高，以往以人工為主的簡(jiǎn)單控制難以滿足日益復(fù)雜的控制要求。控制技術(shù)經(jīng)歷了開(kāi)關(guān)量控制、模擬控制、和數(shù)字化控制三個(gè)階段，而數(shù)字化控制在提升機(jī)、膠帶輸送機(jī)、電控系統(tǒng)中獲得了成功的應(yīng)用，而且具有精確的信息監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集及處理，是當(dāng)前控制技術(shù)的主要方向。因此，可以看出自動(dòng)化是采礦設(shè)備一個(gè)很重要的發(fā)展方向，對(duì)于煤炭企業(yè)的生產(chǎn)及管理也有著至關(guān)重要的意義。

2.采礦設(shè)備自動(dòng)化的應(yīng)用

機(jī)電一體化技術(shù)的興起使得采礦設(shè)備不斷與計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了智能化的發(fā)展趨勢(shì)?？梢哉f(shuō)，目前采礦設(shè)備的自動(dòng)化、智能化已經(jīng)取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步。

2.1提升機(jī)電控系統(tǒng)

提升機(jī)在煤炭礦井的生產(chǎn)中是一項(xiàng)十分重要的設(shè)備，煤礦的安全生產(chǎn)和提升機(jī)的可靠性、安全性和自動(dòng)化程度密切相關(guān)。提升機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)與自動(dòng)化通過(guò)兩種方式連接：（1）該提升系統(tǒng)利用OPC方式連接調(diào)度管理中心的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，從而連接到煤礦生產(chǎn)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)調(diào)度的目的；（2）提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)利用Modbus協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)與煤礦井自動(dòng)化系統(tǒng)的連接，從而操作人員可以在調(diào)度中心觀測(cè)提升機(jī)的工作情況，以便更好地了解提升機(jī)的工作狀態(tài)，及時(shí)維修，保證礦井的正常運(yùn)行工作。

2.2瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

瓦斯是煤礦災(zāi)害發(fā)生的主要因素之一。為了降低事故發(fā)生率，有必要對(duì)井下瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量。而瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的存在可以較精確地測(cè)量出井下瓦斯的濃度，瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有以下兩項(xiàng)功能：

（1）該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)除了能對(duì)瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)測(cè)外，還具備監(jiān)測(cè)位于采煤掘進(jìn)面處機(jī)械設(shè)備、水泵等的生產(chǎn)工況參數(shù)以及這些設(shè)備的電壓、電流等電力參數(shù)的功能。

（2）瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)以列表的形式顯示在大屏幕上，同時(shí)為了使工作人員能很直觀地觀測(cè)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，該系統(tǒng)也可以模擬實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線。

2.3智能化露天設(shè)備

隨著微電子技術(shù)和衛(wèi)星無(wú)線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，露天礦設(shè)備逐步開(kāi)始向著自動(dòng)化的方向發(fā)展。首先是車(chē)載監(jiān)控，為使用者提供相關(guān)的運(yùn)行和維護(hù)的信息，通過(guò)無(wú)限通信對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。早期的電鏟儀表及監(jiān)控系統(tǒng)是這方面的工作先驅(qū)。目前，國(guó)外生產(chǎn)的露天礦大型穿孔、裝載和運(yùn)輸設(shè)備一般都配有車(chē)載監(jiān)控分析系統(tǒng)。第二，GPS定位系統(tǒng)，通過(guò)GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的運(yùn)用，能夠?qū)崿F(xiàn)科學(xué)的微型定位?，F(xiàn)階段，定位精度有了大的提升，可達(dá)lm以內(nèi)，還有精度達(dá)到厘米級(jí)的高精度系統(tǒng)。第三，礦山調(diào)度系統(tǒng)，全面提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和前期生產(chǎn)數(shù)據(jù)。另外，如果將礦山調(diào)度系統(tǒng)與衛(wèi)星定位主系統(tǒng)連接，進(jìn)行實(shí)時(shí)的設(shè)備監(jiān)控。

2.4鏟運(yùn)機(jī)技術(shù)

自動(dòng)化技術(shù)在鏟運(yùn)機(jī)的設(shè)計(jì)中也得到了廣泛的應(yīng)用。比如遙控鏟運(yùn)機(jī)技術(shù)及借助控制導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)鏟運(yùn)機(jī)的運(yùn)行控制技術(shù)。此種控制技術(shù)的原理是利用埋設(shè)在運(yùn)輸?shù)缆飞系目刂茖?dǎo)線測(cè)定鏟運(yùn)機(jī)的行駛位置和速度，通過(guò)將取得的數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)里面的設(shè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，然后將相應(yīng)指令通過(guò)無(wú)線電發(fā)送給鏟運(yùn)機(jī)，操作人員通過(guò)視頻監(jiān)控器監(jiān)控鏟運(yùn)機(jī)作業(yè)狀態(tài)。還可以在鏟運(yùn)機(jī)上裝有攝像機(jī)和接收裝置，鏟運(yùn)機(jī)在攝像機(jī)的引導(dǎo)下沿著巷道頂板和邊幫上的白色條帶運(yùn)行，自動(dòng)完成行使工作。裝載和卸載則由操作人員在控制室內(nèi)進(jìn)行遙控作業(yè)。

2.5深海采礦機(jī)器人

深海采礦與陸地采礦相比，其作業(yè)環(huán)境比較復(fù)雜。同時(shí)，由于人很難到達(dá)洋底，因此十分需要可自主移動(dòng)的深海采礦機(jī)器人。到現(xiàn)在為止，世界各國(guó)進(jìn)行的深海采礦試驗(yàn)還只有很少的幾次。世界各國(guó)都十分重視利用虛擬現(xiàn)實(shí)手段與仿真技術(shù)來(lái)進(jìn)行深海采礦系統(tǒng)的研究。20世紀(jì)60年代末期，科學(xué)家們開(kāi)始了自主式可移動(dòng)機(jī)器人的研究。斯坦福研究院設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了可自主移動(dòng)的作業(yè)機(jī)器人。我國(guó)學(xué)者得到深海采礦機(jī)器人在大洋底作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的拉格朗日運(yùn)動(dòng)方程，創(chuàng)建了三維深海履帶作業(yè)機(jī)器人虛擬樣機(jī)，使用多剛體動(dòng)力學(xué)仿真MADYMO，建立了采礦機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型。整個(gè)深海采礦系統(tǒng)由海上監(jiān)控系統(tǒng)和海底采礦系統(tǒng)構(gòu)成。水上監(jiān)控子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)采礦機(jī)器人的操縱控制、采礦機(jī)器人的位置和軌跡監(jiān)控、數(shù)據(jù)及報(bào)警信息的存儲(chǔ)、處理；水下測(cè)控子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)采礦機(jī)器人多任務(wù)調(diào)度、行走控制算法的實(shí)現(xiàn)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。

3.煤礦設(shè)備自動(dòng)化的主要意義

3.1提高煤炭生產(chǎn)率和煤炭質(zhì)量

煤礦設(shè)備的自動(dòng)化能使信息的檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集及處理更為精確，所采取的控制策略更為優(yōu)化，這使得工作人員可以讓設(shè)備在較好的狀態(tài)下運(yùn)行，從而提高設(shè)備的運(yùn)行效率，達(dá)到提高煤炭生產(chǎn)率和煤炭質(zhì)量的目的。

3.2提高生產(chǎn)設(shè)備的可靠性和生產(chǎn)過(guò)程的安全性

由于煤炭產(chǎn)業(yè)自身的特點(diǎn)，作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，生產(chǎn)連續(xù)性，高危險(xiǎn)性等，煤礦生產(chǎn)設(shè)備的安全性和可靠性具有非常重要的意義。現(xiàn)代自動(dòng)化裝備的硬件系統(tǒng)采用高度集成化的電子器件、專用集成芯片及計(jì)算機(jī)，大大提高了硬件的可靠性。而且軟件的靈活性允許在系統(tǒng)中設(shè)置各種控制、故障監(jiān)測(cè)和診斷程序，形成一個(gè)完善的自動(dòng)化系統(tǒng)，其控制功能與狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障保護(hù)功能緊密結(jié)合，從而保證了自動(dòng)化系統(tǒng)的高度可靠性，實(shí)行離機(jī)操作，對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)具有特殊的意義。

3.3在保證生產(chǎn)的前提下節(jié)約能源、節(jié)省勞動(dòng)力資源

合理的自動(dòng)化系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的軟啟動(dòng)、平滑調(diào)速、恒減速制動(dòng)等，從而可以達(dá)到降低設(shè)備的機(jī)、電應(yīng)力，優(yōu)化運(yùn)行狀態(tài)和周期及減少運(yùn)行損耗的目的。同時(shí)，采用大量的節(jié)能型機(jī)電裝置，如高效電動(dòng)機(jī)、高效風(fēng)機(jī)等設(shè)備，可以達(dá)到節(jié)能的目的，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

4.結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)化是采礦設(shè)備的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，文章通過(guò)論述分析主要采礦設(shè)備的自動(dòng)化應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展方向、主要意義，說(shuō)明采礦設(shè)備的自動(dòng)化技術(shù)在提高煤炭生產(chǎn)率、增加安全性、降低成本等方面有著重要作用，特別是對(duì)于高危作業(yè)具有更大的優(yōu)越性。因此，對(duì)于采礦技術(shù)的深入研究，提高采礦設(shè)備的自動(dòng)化程度在提高我國(guó)能源產(chǎn)量、促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面有著重要的意義。

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