自動(dòng)控制技術(shù)在煤礦開(kāi)采中的應(yīng)用

于蘭蘭

摘 要：隨著科技的不斷發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)廣泛的應(yīng)用到煤礦的生產(chǎn)領(lǐng)域當(dāng)中，避免了煤礦在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的安全事故。將自動(dòng)控制技術(shù)引入到煤礦開(kāi)采系統(tǒng)中，不僅能夠提高生產(chǎn)的安全系統(tǒng)，而且還降低了企業(yè)的投資成本，有效的提高了生產(chǎn)效益和安全效益。本文介紹了自動(dòng)化控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，探討了在煤礦開(kāi)采中的具體應(yīng)用。（本文原刊于煤礦開(kāi)采2013年）

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化控制技術(shù)；煤礦控制系統(tǒng)；安全應(yīng)用；煤礦開(kāi)采

煤礦行業(yè)對(duì)安全生產(chǎn)越來(lái)越重視。煤礦開(kāi)采中的自動(dòng)化控制系統(tǒng)是杜絕煤礦生產(chǎn)安全事故的重要舉措，能夠?qū)碌臓顩r進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)控和控制，降低了事故發(fā)生率，提高煤礦生產(chǎn)的安全系數(shù)。但是在目前我國(guó)的煤礦開(kāi)采過(guò)程中，大多數(shù)都是人工操作，無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的監(jiān)控和控制，所以引入自動(dòng)控制技術(shù)，能夠有效的提升煤礦生產(chǎn)的安全性，很大程度上改善了系統(tǒng)的管理水平。

1 自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的影響

1.1 煤礦安全生產(chǎn)現(xiàn)狀

煤礦事業(yè)是我國(guó)主要的能源產(chǎn)業(yè)，所以在促進(jìn)煤礦事業(yè)的發(fā)展的前提下一定要提高安全防護(hù)措施，采用強(qiáng)化管理、改善科技等手段進(jìn)行煤礦安全管理的治理整頓。但是在目前的礦井開(kāi)發(fā)中仍然有很大的事故發(fā)生，這就暴露出一些問(wèn)題。我國(guó)大多數(shù)的煤礦地質(zhì)條件都比較復(fù)雜，施工難度大，很容易帶來(lái)安全隱患，管理手段也不是很先進(jìn)，對(duì)于沖擊地壓、瓦斯防治等都不能及時(shí)的處理，加上現(xiàn)在的監(jiān)控設(shè)備很落后，導(dǎo)致安全管理科技停滯不前，不能夠提供正確的管理以及安全保障。在礦井事業(yè)中的專(zhuān)業(yè)人才稀缺，從業(yè)人員技能水平不足，隨著信息化的到來(lái)，對(duì)技術(shù)人員的要求越來(lái)越高，然而大多數(shù)企業(yè)缺少采礦的專(zhuān)業(yè)人才，這是企業(yè)面臨的很大難題。對(duì)于內(nèi)部的管理也存在明顯的缺陷，在安全、技術(shù)、資源等管理上有嚴(yán)重的缺乏，這對(duì)于礦井的安全管理帶來(lái)很大的隱患。

1.2 自動(dòng)控制技術(shù)在煤礦開(kāi)采中使用存在的問(wèn)題

目前我國(guó)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)還處在初始階段，性能過(guò)于單一，局部形式的發(fā)展?fàn)顩r。而在發(fā)達(dá)國(guó)家的自動(dòng)化水平明顯比我國(guó)略高一籌，在技術(shù)方面普遍實(shí)現(xiàn)了智能化、自動(dòng)化的集成方式。這與企業(yè)自身的管理模式和工藝水平息息相關(guān)，在我國(guó)的管理模式比較傳統(tǒng)，局限于舊時(shí)的傳統(tǒng)理念，但是在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)全部實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)管理，而且對(duì)人員的管理與生產(chǎn)模式不斷的進(jìn)行創(chuàng)新。在機(jī)械設(shè)計(jì)方面，我國(guó)依舊處于被動(dòng)狀態(tài)，不能及時(shí)的進(jìn)行創(chuàng)新研究，設(shè)計(jì)水平進(jìn)步緩慢，這也是源于對(duì)人才管理的疏忽，缺少綜合性復(fù)合人才是自動(dòng)化技術(shù)水平發(fā)展緩慢的主要因素之一，而且在培養(yǎng)機(jī)制也沒(méi)有創(chuàng)新的發(fā)展，總體來(lái)說(shuō)我國(guó)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)水平的發(fā)展空間很大，只有采取創(chuàng)新的管理模式和育人機(jī)制，才能最大程度上提升我國(guó)自動(dòng)化技術(shù)水平。

2 煤礦開(kāi)采中自動(dòng)控制技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

1、自動(dòng)化控制系統(tǒng)工作原理

自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用分散檢測(cè)、整體控制的方式，在煤礦的生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)置若干監(jiān)控分站，能夠動(dòng)態(tài)的檢測(cè)煤礦的風(fēng)量、溫度以及有毒氣體的含量，然后將檢測(cè)的數(shù)據(jù)通過(guò)通信電纜傳輸?shù)矫旱V通風(fēng)主站上，各監(jiān)測(cè)分站的信息也匯集到主站進(jìn)行集中管理，最后通過(guò)計(jì)算，得出煤礦安全生產(chǎn)中各項(xiàng)指標(biāo)的狀況，并根據(jù)煤礦生產(chǎn)的要求制定出相應(yīng)的控制方案，待系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為控制指令時(shí)傳達(dá)給各分站監(jiān)控中心，在變頻裝置的作用下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的目的。其原理圖如下：

圖1 自控系統(tǒng)原理圖

系統(tǒng)組成

自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要包括傳感器系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)兩大部分組成。

傳感器系統(tǒng)

自動(dòng)化系統(tǒng)中要接收不同的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和指令，傳輸多路信號(hào)有兩種方式，一種是時(shí)分制，是根據(jù)時(shí)序的不同傳送不同的信號(hào)；另一種是頻分制，信號(hào)的發(fā)送根據(jù)自身的頻率而定，不會(huì)出現(xiàn)混淆的情況，由于這種電路的構(gòu)成比較簡(jiǎn)單，出現(xiàn)的故障次數(shù)少，所以在實(shí)際應(yīng)用中要大力推廣。在頻分制系統(tǒng)中，采用了載頻器對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收和傳送，信號(hào)的傳輸介質(zhì)為500V以下的動(dòng)力傳輸線，能夠動(dòng)態(tài)的監(jiān)控巷道中各性能指標(biāo)。

中央控制系統(tǒng)

對(duì)于利用輪斗挖掘機(jī)進(jìn)行開(kāi)采一般有三種開(kāi)采工藝作為選擇，特大型、普通型以及緊湊型輪斗挖掘機(jī)。但因?yàn)榫o湊型輪斗挖掘機(jī)的斗輪比較短，容易進(jìn)行變幅工作的操作，以及其機(jī)器結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)器自重輕、造價(jià)便宜；再加上操作簡(jiǎn)便、易于維修等優(yōu)點(diǎn)，我國(guó)煤礦開(kāi)采工作一般選擇緊湊型輪斗挖掘機(jī)進(jìn)行。此外，最為重要的是緊湊型的輪斗挖掘機(jī)其半徑以及卸載的半徑長(zhǎng)度較短，調(diào)幅方式也采用液壓缸式。對(duì)于其移動(dòng)方面也采用最為簡(jiǎn)便的雙履帶的走行式，此外，該設(shè)備的平衡架位位于機(jī)體底部并采用法蘭盤(pán)相連接，這大大的降低了帶機(jī)體的作業(yè)高度，方便煤炭開(kāi)采作業(yè)的進(jìn)行。

中央控制系統(tǒng)主要通過(guò)微型計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，由于微型計(jì)算機(jī)的接口多，而且擴(kuò)散能力強(qiáng)，能夠完成系統(tǒng)所分配的任務(wù)。在對(duì)自動(dòng)控制技術(shù)的作用下，達(dá)到了精度高、速度快等特點(diǎn)。中央控制系統(tǒng)的主要任務(wù)就是將監(jiān)控站所采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，并制定出相應(yīng)的控制方案，根據(jù)實(shí)際需求對(duì)通風(fēng)量進(jìn)行調(diào)控，同時(shí)，中央控制系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)報(bào)警的功能，具體包括以下幾個(gè)方面：①發(fā)出指令傳遞給監(jiān)控站，實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)分站系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控。②對(duì)各監(jiān)控站的反饋信息進(jìn)行處理并修改。③根據(jù)系統(tǒng)的需求制定相應(yīng)的控制方案，并轉(zhuǎn)換為控制指令使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。④監(jiān)控設(shè)備在運(yùn)行中出現(xiàn)異常，能夠及時(shí)的報(bào)警并啟動(dòng)相應(yīng)的處理程序。

3 自動(dòng)控制技術(shù)在煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)中的功能和應(yīng)用

實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)表的查詢與打印

系統(tǒng)將傳感器采集到的數(shù)據(jù)，主要包括煤礦開(kāi)采設(shè)備的運(yùn)行狀況、風(fēng)壓以及有毒氣體排放等參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)，然后根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的參數(shù)值相比較，為操作人員提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參考依據(jù)。為了方便操作人員的更加直觀的看到煤礦開(kāi)采的工作狀況，自動(dòng)控制的系統(tǒng)設(shè)置了數(shù)據(jù)報(bào)表的功能，在數(shù)據(jù)的傳輸中，能夠?qū)?shí)時(shí)的數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)按照規(guī)定的報(bào)表的模式打印出來(lái)。數(shù)據(jù)報(bào)表中有多種報(bào)表的方式可供選擇，根據(jù)工作人員的需求選擇報(bào)表的方式，提供了很大的便捷。

圖2 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)

頂板管理主要需要考慮有履帶行走式液壓支架掩護(hù)以及無(wú)履帶行走式液壓支架掩護(hù)兩種情況。其中，在有履帶行走式液壓支架掩護(hù)的情況下，對(duì)于位于采空區(qū)的連續(xù)采煤機(jī)切割死角位置的煤柱無(wú)法回收，除此之外，對(duì)于煤房中的絕大所述的煤柱都是可以回收的，單純依賴遺留下來(lái)的煤柱不足以起到頂板支撐的作用，所以，在實(shí)踐中頂板直接頂是隨著開(kāi)采的進(jìn)展而隨時(shí)冒出的，老頂則將會(huì)在滯后一定時(shí)間后安全垮落。頂板管理所采取的是全部垮落法；對(duì)于無(wú)履帶行走式液壓支架的情況，單翼煤柱回收法與雙翼煤柱回收法在采空區(qū)的支撐方面并不存在差異，均是依賴于設(shè)置規(guī)整的煤柱發(fā)揮支撐作用。

繪制趨勢(shì)曲線

根據(jù)傳感器采集到的數(shù)據(jù)，可以通過(guò)圖形的方式表示出來(lái)，通過(guò)圖形可以看到各模擬量的變化情況，在圖形上可以描繪出實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線。實(shí)時(shí)曲線就是指?jìng)鞲衅髟谝欢螘r(shí)間內(nèi)采集到的數(shù)據(jù)，整合出來(lái)的圖形曲線；歷史曲線就是指對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、匯總。通過(guò)曲線能夠直接展現(xiàn)出煤礦開(kāi)采的生產(chǎn)狀況和其他器件的工作狀況，保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

安全機(jī)制的設(shè)置

在系統(tǒng)中設(shè)置了不同等級(jí)的安全級(jí)別，同時(shí)對(duì)操作人員也設(shè)置了不同的權(quán)限，比如在安全分析人員只能夠在權(quán)限的范圍之內(nèi)查看警報(bào)信息和報(bào)表的情況，其他的數(shù)據(jù)不能查詢。在不同級(jí)別的操作人員上設(shè)定了不同的密碼等級(jí)，當(dāng)操作人員的等級(jí)達(dá)到相應(yīng)的權(quán)限時(shí)，才能夠控制相應(yīng)的區(qū)域，對(duì)于沒(méi)有權(quán)限的操作系統(tǒng)直接拒絕，在很大程度上提升了系統(tǒng)的安全可靠性。

總而言之，自動(dòng)控制系統(tǒng)在煤礦開(kāi)采中的應(yīng)用，通過(guò)在監(jiān)控單元和控制單元的作用下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤礦設(shè)備運(yùn)行狀況以及各項(xiàng)安全指標(biāo)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，保證了煤礦的安全、可靠的生產(chǎn)。對(duì)突發(fā)情況及時(shí)的處理，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值班，很大程度上提升了煤礦系統(tǒng)的安全性，降低了煤礦開(kāi)采過(guò)程中的資金投入，給企業(yè)帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益。（本文原刊于煤礦開(kāi)采2013年）

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