計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)在采煤中的應(yīng)用

陳戈，董明明

（陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院陜西西安710018）

計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)在采煤中的應(yīng)用

陳戈，董明明

（陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院陜西西安710018）

在進(jìn)入二十一世紀(jì)以后的十幾年里，我國的工業(yè)實(shí)力獲得了很大的提升，在工業(yè)高速發(fā)展的步伐下，能源的開發(fā)和利用起到了實(shí)質(zhì)性的作用，其中煤炭行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人們不可預(yù)料的范圍。煤炭資源的開發(fā)與利用，不僅在中國使用范圍及其的廣泛，在世界的一些先進(jìn)的發(fā)達(dá)國家，它也是一項(xiàng)被研究的重要課題。在這篇論文中，我們將就時(shí)下使用計(jì)算機(jī)智能化控制的能源高效利用的話題展開激烈的討論及相關(guān)的調(diào)查研究。

智能控制；煤炭生產(chǎn)；安全預(yù)警；傳感器

現(xiàn)階段中我國每年的經(jīng)濟(jì)增長的形式呈直線上升的趨勢(shì)，“三駕馬車”帶動(dòng)中國的經(jīng)濟(jì)向前快速的發(fā)展，其中出口、投資、消費(fèi)都有賴于能源的后勤保障與供應(yīng)。國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)于煤炭的依賴已經(jīng)到了必不可缺的程度，因此我國對(duì)煤炭開采技術(shù)的升級(jí)就顯得尤為重要。

1　我國在能源上發(fā)展的趨勢(shì)

目前我們國家還是處于一個(gè)發(fā)展中的國家，很大一部分的生活基本能源還是煤炭。特別是在北方城市，例如山西、陜西等地區(qū)，煤炭更是不可或缺的生活能源了，在那里，有很多的居民都是以其為生，其給予他們的生活帶來了經(jīng)濟(jì)的來源，也為社會(huì)的就職增加了很多的機(jī)會(huì)。而且從古至今，煤炭能源就在我們國家的能源上占據(jù)了非常重要的角色，成為眾多基本能源中不可缺少的一個(gè)。由于獨(dú)特的地理優(yōu)勢(shì)，促成了我們具有豐富的煤炭資源。雖然同其他的國家相比，我們國家的煤炭的使用量偏大，而且由于使用煤炭帶來的環(huán)境影響也是比較嚴(yán)重。但是目前，煤炭能源在我們的能源中還是占據(jù)一個(gè)非常重要的地位。特別是在北方城市，煤炭產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值更是巨大了。相對(duì)于其他的能源，煤炭能源的價(jià)格低廉，質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)的特別更是受到很多人喜歡的原因了。因此，重視煤炭資源的發(fā)展是十分重要的。雖然現(xiàn)在已經(jīng)逐漸的在開發(fā)很多的新能源，但是目前煤炭能源既然在能源中占據(jù)重要的角色。而且在未來的產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，依然是離不開煤炭能源的支持作用的。不過在未來的發(fā)展過程，煤炭能源的地位是否會(huì)被其他能源所超越，就是一個(gè)需要不斷考慮的問題了。因此，煤炭的相關(guān)企業(yè)也要不斷地完善自己，這樣才可以保證立于不敗之地。

我國對(duì)于煤炭的需求量一直占據(jù)能源消費(fèi)的重要地位，即使煤炭行業(yè)每年的需求的增長量都會(huì)有很大幅度的升高，但是值得被重視的一點(diǎn)是，煤炭資源的利用率現(xiàn)在仍然存在了很多的問題，如不合理的開采、使用無節(jié)制、存在許多安全隱患、污染較為嚴(yán)重等等。有學(xué)者做過一些相關(guān)方面的統(tǒng)計(jì)，如果我們能將這些問題得到很好的解決，能夠保障能源可以合理的有效使用，我國每年在煤炭上的開采量會(huì)相應(yīng)的減少23%，使用率將相應(yīng)的提高12%，城市在治理污染的經(jīng)費(fèi)上面的投入將相應(yīng)的減少3%。然而這一大膽的設(shè)想也是基于煤炭行業(yè)在大規(guī)模的改革與創(chuàng)新后而產(chǎn)生的結(jié)果，煤炭開采設(shè)備的升級(jí)和對(duì)開采設(shè)備在技術(shù)上的完善在其發(fā)展的空間最大。我國在世界上的煤炭產(chǎn)量長期居于第一位，這也是源于中國在煤炭資源上的豐富，還有中國發(fā)展的需求，但是需求量的增大并不能意味著煤炭資源能夠的連綿不斷，照現(xiàn)在這樣的開采速度來看的話，我國在煤炭資源方面將于2050年完全的被使用殆盡，到了那個(gè)時(shí)候，如果還未能找到與其相對(duì)應(yīng)的可以替代的能源，將會(huì)出現(xiàn)許多你意想不到的不可逆轉(zhuǎn)的危害，所以在近些年來國家也在不斷出臺(tái)相關(guān)的規(guī)定，在不斷的完善煤炭行業(yè)的相關(guān)制度，從而作出可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。

2　研發(fā)一種基于智能技術(shù)的煤炭開采設(shè)備

近些年我國經(jīng)濟(jì)有著飛速的發(fā)展，但是在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)對(duì)環(huán)境的影響也是巨大的，我們不能以犧牲環(huán)境為代價(jià)去發(fā)展經(jīng)濟(jì)，因此國家一直在節(jié)能減排計(jì)劃的實(shí)施過程中，對(duì)于有關(guān)煤炭企業(yè)的要求十分的苛刻，使得我們更加的重視。在煤炭行業(yè)得很多領(lǐng)域的里，挖掘技術(shù)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)階段所需的要求，如何能夠快速的提高煤炭的開采效率已經(jīng)成為一個(gè)非常艱巨的任務(wù)。在此，我們將介紹計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)智能控制技術(shù)的概念。從字面上可以很快的理解出來這個(gè)概念的意思，煤炭挖掘技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)是挖掘使用中的相關(guān)功能，而相關(guān)的數(shù)據(jù)挖掘則是通過計(jì)算機(jī)來獲取，進(jìn)行加工設(shè)計(jì)產(chǎn)生出新的數(shù)值，再基于智能技術(shù)之下，將有關(guān)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成了相應(yīng)的音頻和高分辨率的圖形，應(yīng)用在開挖大型機(jī)械設(shè)備的指導(dǎo)工作中。這其中包括在工作中對(duì)于設(shè)備的硬件要求，同時(shí)也需要有智能網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)為這項(xiàng)工作的完成提供大力支持。下面我們將介紹幾種用于研發(fā)采煤設(shè)備，而這些設(shè)備里面都包括了智能網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)。

1）壓力應(yīng)變電阻儀

壓力應(yīng)變電阻儀的使用方法是將應(yīng)力片粘貼在被測(cè)的物體上，事先要將被測(cè)的物體表面打磨使其平整，在其清理干凈之后，涂抹相關(guān)溶劑，如：丙酮試劑，在液體完全風(fēng)干后，就可以黏貼應(yīng)力片變電阻，通過相關(guān)的電路進(jìn)行導(dǎo)線的聯(lián)接，從而使其形成一個(gè)閉合的電路，時(shí)刻要對(duì)其物體因受力從而產(chǎn)生的應(yīng)變作及時(shí)的跟蹤與觀察。在電路中，這些電阻將會(huì)轉(zhuǎn)化為電流，顯示在儀表盤上，我們就可以根據(jù)儀表盤中的數(shù)據(jù)來改變開挖時(shí)的埋深和寬度，從而很好的解決機(jī)械在使用過程中出現(xiàn)大量的做無用功所消耗能量的現(xiàn)象。

圖1　應(yīng)變片示意圖

2）有害氣體網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)系統(tǒng)

在煤炭生產(chǎn)過程中，經(jīng)常發(fā)生爆炸事故是因?yàn)橛胸S富的煤層氣，儲(chǔ)藏的氣體在擠壓后可能會(huì)導(dǎo)致爆炸現(xiàn)象的，排出的氣體含量在網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)系統(tǒng)監(jiān)控之下，對(duì)于地下氣體也有著實(shí)時(shí)監(jiān)控，再通過傳輸網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算機(jī)的形式，以供工作人員做出及時(shí)的判斷決策，以確保人員的安全。它的使用是與一系列的傳感器為每個(gè)出口的動(dòng)態(tài)檢測(cè)原理，數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)考慮的情況，計(jì)算煤炭出事故發(fā)生的概率，并利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的地下礦山建設(shè)的分析，可行性分析報(bào)告認(rèn)為，地下工作與人身傷害的排斥概率風(fēng)險(xiǎn)降低，把有害氣體的危險(xiǎn)控制在安全范圍之內(nèi)。同時(shí)，一整套計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)系統(tǒng)有利于地下通風(fēng)系統(tǒng)的合理使用，在實(shí)時(shí)風(fēng)速在地下可以得到正確的計(jì)算。當(dāng)?shù)V井中氧含量下降或井下瓦斯?jié)舛嚷杂谐^安全值范圍，通風(fēng)系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)上迅速做出防御，使的交換空氣運(yùn)動(dòng)的指導(dǎo)下，直到氣體含量達(dá)到安全值范圍。如果有害氣體含量迅速增加，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將氣體處理，并將測(cè)得數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)，讓技術(shù)人員安排盡早地下安全救援工作。在地下開挖安全分析報(bào)告中，可以調(diào)用相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)設(shè)定的安全值的進(jìn)行比較，對(duì)開挖影響的價(jià)值分析，一旦超出安全范圍值，系統(tǒng)將自動(dòng)關(guān)機(jī)3分鐘，這不僅保護(hù)了地下開挖施工人員的生命安全，而且是防止操作機(jī)器被損壞的最有效的方法。到現(xiàn)在為止，整套的計(jì)算機(jī)智能控制系統(tǒng)在社會(huì)上有著較為廣泛的應(yīng)用，在煤炭生產(chǎn)的過程中，也在源源不斷的減低了發(fā)生事故的概率。

3）網(wǎng)絡(luò)安全預(yù)警系統(tǒng)

逐年上漲的礦井事故引起人們的高度重視，同時(shí)對(duì)于井下施工人員的安全問題也做出了相應(yīng)的研究與探討，在此之中，事故頻發(fā)的主要原因是安全預(yù)警上存在的漏洞。在施工的過程中，現(xiàn)場(chǎng)一旦存在了安全隱患預(yù)警系統(tǒng)就會(huì)及時(shí)作出相應(yīng)的報(bào)警響應(yīng)。其中包括氣體壓力的測(cè)試和機(jī)械磨損檢測(cè)。預(yù)警系統(tǒng)中應(yīng)用的是并聯(lián)電路，蓄電池是24小時(shí)循環(huán)放電，讓整個(gè)系統(tǒng)處于全天性運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，利用傳感器在壓力感知方面靈敏度高、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集快、適應(yīng)能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，我們?cè)趥鞲衅髂┒税惭b了電容測(cè)變器。

圖2　電容測(cè)變器

對(duì)于井下環(huán)境來說氣體濃度的加大，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致氣體的氣壓增大，這時(shí)傳感器末端就會(huì)在第一時(shí)間做出相應(yīng)的測(cè)算，具體表現(xiàn)在電路中的電流有較為明顯的變大，電容器中的溶液量會(huì)有相對(duì)應(yīng)的減小，同時(shí)在礦井上所存在的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)終端就可以在一個(gè)很短的時(shí)間里接收到井內(nèi)壓力改變后的數(shù)據(jù)。在接收到這些數(shù)據(jù)后系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)的對(duì)反饋的信息進(jìn)行處理，測(cè)算出在井下氣體壓力增大時(shí)的一氧化碳、氧氣、瓦斯等氣體的具體含量，并將這些數(shù)據(jù)一同傳到網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)終端，技術(shù)人員將會(huì)通過這些數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷。當(dāng)井下空氣中的有害氣體含量上升，系統(tǒng)在探測(cè)出這些異常后就會(huì)在第一時(shí)間報(bào)警反饋，也會(huì)在同一時(shí)間把信號(hào)傳遞給網(wǎng)絡(luò)終端，并在井下作出相應(yīng)的應(yīng)急反應(yīng)，如斷電等。在處理完突發(fā)現(xiàn)象事件之后，系統(tǒng)會(huì)將之前的相關(guān)數(shù)據(jù)重新歸零，繼續(xù)進(jìn)行安全預(yù)警。這套系統(tǒng)的另一項(xiàng)作用是檢測(cè)機(jī)械的損耗程度，這項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)是通過頻率檢測(cè)的方式進(jìn)行的。首先在機(jī)械開挖時(shí)，會(huì)發(fā)出固有的頻率，系統(tǒng)也將通過頻率傳感器的反饋實(shí)時(shí)接受相關(guān)數(shù)據(jù)的傳遞，然后再將數(shù)據(jù)傳輸給信息終端，當(dāng)機(jī)械出現(xiàn)了不同程度的磨損或是破壞，之前固有的頻率將會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，這時(shí)傳感器就可以測(cè)算出相應(yīng)的具體數(shù)據(jù)，并且將測(cè)算出的數(shù)據(jù)傳送到地面控制臺(tái)。這時(shí)技術(shù)人員就可以根據(jù)這些反饋來的數(shù)據(jù)對(duì)開挖機(jī)械進(jìn)行維修預(yù)警或是實(shí)行維修處理。

4）井下安全自能清點(diǎn)系統(tǒng)

許多已發(fā)生的礦井安全事故會(huì)在救援時(shí)出現(xiàn)了一個(gè)非常難以解決的問題，就是無法將礦井中的確切人數(shù)報(bào)告出來，產(chǎn)生這個(gè)問題的主要原因是由于監(jiān)管人員的疏忽和礦井中的安全設(shè)施不夠完善的因素。這樣的安全事故必須引起足夠的重視，避免礦井事故主要是以預(yù)防為主，把安全生產(chǎn)作為頭等大事。就這些問題而言我們引進(jìn)了井下安全自能清點(diǎn)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)是在井上數(shù)據(jù)終端有一臺(tái)計(jì)算機(jī)連接井下，在每次施工人員進(jìn)入礦井進(jìn)行作業(yè)的同時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)將井下作業(yè)的具體人數(shù)記錄并顯示在網(wǎng)絡(luò)上，同時(shí)在下井入口處的LED警示牌上顯示出該數(shù)據(jù)。這套系統(tǒng)在總操作室還裝有人員清點(diǎn)數(shù)據(jù)表，這樣就可以為突發(fā)情況下井下作業(yè)人員的逃生和救助做出相應(yīng)的保障。另外在顯示屏上還會(huì)清晰的標(biāo)識(shí)出井下機(jī)械的使用參數(shù)，例如機(jī)械中電路的工作電流、機(jī)械所處的位置和機(jī)械的功率大小，這些數(shù)據(jù)將會(huì)給井上工作人員掌握井下的工作狀態(tài)提供簡(jiǎn)捷安全的辦法。

3　使用智能控制技術(shù)設(shè)備的必要性

在煤礦生產(chǎn)的過程中，建立出一個(gè)合理、完善的智能化技術(shù)和設(shè)備需求是十分有必要的，它可以大大降低安全事故發(fā)生在煤礦生產(chǎn)過程中，及時(shí)的對(duì)災(zāi)害報(bào)警的作用，起到了很積極的意義。礦山采掘設(shè)備技術(shù)革命不僅對(duì)煤炭行業(yè)的高效安全生產(chǎn)作出了堅(jiān)實(shí)的保障，有效地減少財(cái)產(chǎn)損失。在智能技術(shù)和設(shè)備的使用之后，以及使用煤炭的監(jiān)控和管理起到補(bǔ)充和約束的作用。很少情況下由于人的過失存在安全風(fēng)險(xiǎn)，不斷加強(qiáng)企業(yè)內(nèi)部之間的協(xié)調(diào)。煤礦生產(chǎn)業(yè)使用信息技術(shù)具有著明確的指導(dǎo)性優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)包括使操作更簡(jiǎn)單易懂，在使用中也具有其獨(dú)有的適應(yīng)性，這些都將是促進(jìn)煤炭工業(yè)快速發(fā)展的重要因素。

加強(qiáng)信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。對(duì)政府建立相關(guān)的事務(wù)條例方面提供著基本數(shù)據(jù)支持，改善行政審批工作效率，國家政府門戶網(wǎng)站通過設(shè)立的安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局，從而起到了督促和保障公共服務(wù)安全的作用。其目的是對(duì)煤礦產(chǎn)業(yè)能夠安全生產(chǎn)綜合信息系統(tǒng)的建立起到推進(jìn)的作用。在以成本控制為基礎(chǔ)的綜合管理信息系統(tǒng)的建設(shè)，其中管理和安全生產(chǎn)監(jiān)督是主要目標(biāo)。在現(xiàn)階段煤礦產(chǎn)業(yè)所擁有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，通過較為先進(jìn)與流行的軟件技術(shù)之間進(jìn)行比對(duì)，從人機(jī)交互界面的相關(guān)方面，充分體現(xiàn)了信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)對(duì)國內(nèi)煤炭企業(yè)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要性。提供了詳細(xì)的優(yōu)化措施，全部適用現(xiàn)有的支持平臺(tái)，使得國內(nèi)煤炭企業(yè)管理制度建設(shè)的更加完善。智能控制平臺(tái)在現(xiàn)階段煤炭企業(yè)中廣泛引用，所分布的區(qū)域逐漸擴(kuò)大，這同時(shí)也為煤炭企業(yè)的長期支持，以及多樣化和快速發(fā)展方面提供了物質(zhì)保障。改善了以往的人海戰(zhàn)術(shù)，實(shí)現(xiàn)了煤礦企業(yè)的遠(yuǎn)程管理，移動(dòng)辦公。為信息安全生產(chǎn)監(jiān)管的整體能力，煤礦安全監(jiān)察，安全管理，應(yīng)急救援和煤炭行業(yè)的提高，以及監(jiān)測(cè)和控制煤礦安全生產(chǎn)技術(shù)的提高，并且在安全生產(chǎn)形勢(shì)的穩(wěn)定中，發(fā)揮了重要的作用。

4　結(jié)束語

在能源的需求量日益增長的今天，對(duì)于煤礦的開發(fā)力度也越來越大，煤礦開采的安全問題也需要得到人們的廣為重視，如何提高煤礦的自我保護(hù)方式，增大生產(chǎn)規(guī)模，提高煤礦產(chǎn)量是研究的重要話題。文中就研究了時(shí)下流行的煤礦機(jī)械設(shè)備管理技術(shù)，通過使用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)煤礦開采器材進(jìn)行智能化管理。這就讓以往一些較為棘手不能解決的問題得到了很好的處理。不能回避的是，這套系統(tǒng)還是在很多方面存在漏洞，對(duì)于信息的處理上還不是很完善，在今后的煤礦生產(chǎn)過程中，要對(duì)這套技術(shù)不斷的創(chuàng)新和改良，不斷的實(shí)踐的過程中總結(jié)出經(jīng)驗(yàn)，充分的發(fā)揮出計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)，用此在一些人工無法發(fā)現(xiàn)隱患的情況下發(fā)現(xiàn)問題，最終保障煤礦開采中職工的人身安全。

［1］張慧.煤炭生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)［J］.電子設(shè)計(jì)工程，2014（2）:13-15.

［2］張明明，李麗宏.基于CAN-Ethernet的煤炭產(chǎn)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.電子設(shè)計(jì)工程，2011（20）:64-67.

［3］吉澤歡，藺超文，孫根，等.基于ZigBee的電梯環(huán)境調(diào)節(jié)與安全預(yù)警系統(tǒng)［J］.電子設(shè)計(jì)工程，2014（14）:72-73.

［4］楊世勇，蘇海雁.煤炭安全生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討［J］.能源技術(shù)與管理，2007（1）:66.

［5］郭麗娟.煤炭監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)安全生產(chǎn)的促進(jìn)作用［J］.科技資訊，2011（26）:125.

［6］王顯政.煤礦安全新技術(shù)［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2002.

Application of computer intelligence control technology in coal extraction

CHEN Ge，DONG Ming-ming
（Shaanxi College of Communication Technology，Xi'an 710018，China）

Dozens of years after entering the 21st century have witnessed the great promotion of China's industrial power. Energy resource development and exploitation play a critical role in high-rate industrial growth，among which the development of coal industry goes beyond people's expectation.The development and exploitation of coal resources is not only extensive in China.It has been an important research subject in many developed countries around the world.In the present study，we will deliberate on computer intelligence-based resource utilization and carry out relevant investigations and researches.

smart control；coal production；security prewarning；sensor

TN-9 TP273.5

A

1674－6236（2016）12-0040-03

2015-07-03稿件編號(hào)：201507030

陳戈（1983—），男，陜西西安人，碩士，講師，工程師。研究方向：計(jì)算機(jī)智能控制、交通安全與智能控制。