電氣自動化控制在礦山生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

周中強

（中煤科工集團重慶研究院有限公司， 重慶 400037）

引言

從20世紀開始，電氣自動化技術(shù)從起步到飛速發(fā)展已經(jīng)有半個多世紀，到目前已成為各行各業(yè)發(fā)展的核心科技，對工業(yè)化發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。現(xiàn)在，大部分的礦山企業(yè)也逐步進入到了綜合電氣自動化的大發(fā)展進程中。隨著國民經(jīng)濟及科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，目前自動化技術(shù)所涉及到的精密程度、智能化程度、微型化程度以及自動化程度越來越高，自動化技術(shù)已經(jīng)在逐步實現(xiàn)知識密集化、綜合化、功能多樣化、集成化。現(xiàn)代電氣自動化技術(shù)最重要的幾個核心技術(shù)包括計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)，礦山生產(chǎn)企業(yè)要想在電氣自動化技術(shù)應(yīng)用的方面大力發(fā)展也離不開以上幾個核心技術(shù)的支持。由于礦山生產(chǎn)環(huán)境和條件其自身的特殊性，電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用必須在足夠成熟的基礎(chǔ)上進行。總之，自動化技術(shù)在礦山生產(chǎn)中的應(yīng)用是礦山安全生產(chǎn)實現(xiàn)現(xiàn)代化發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。

1 電氣自動化控制在礦山生產(chǎn)中的應(yīng)用

1.1 電氣自動化控制在通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

由于礦山環(huán)境條件以及地理位置的特殊性，煤礦的通風(fēng)自動化系統(tǒng)根據(jù)其特殊性一般情況下是通過分層次的、離散的以及重復(fù)性的方法來設(shè)計。為了降低礦山安全生產(chǎn)事故的風(fēng)險性，保障通風(fēng)自動化系統(tǒng)運行的可靠性，融入了環(huán)形網(wǎng)絡(luò)、光纖傳輸以及多機聯(lián)合備用等計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；通過組態(tài)軟件與高級編程軟件實現(xiàn)礦井通風(fēng)自動化系統(tǒng)的主站控制和分站控制，這種純自動化的編程控制有效保證了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的正常運行。通常礦井通風(fēng)系統(tǒng)具有手動、自動及半自動等操作功能，除此之外，還有報警、遙控調(diào)校、數(shù)據(jù)顯示、故障記憶等多種功能[1]。

1.2 電氣自動化控制在排水系統(tǒng)中的應(yīng)用

礦井排水綜合自動化系統(tǒng)主要有以下5個功能，保證了排水系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、有序運行。

1）水泵可以在無人狀態(tài)下正常自動開停及預(yù)算投入量，合理調(diào)配各個機械設(shè)備，對排水工作效率和節(jié)能效果都有較大改善。

2）具備多種保護功能，還有設(shè)備運行防故障備用預(yù)案，安全生產(chǎn)風(fēng)險進一步減小。

3）可以自動遠程控制，地面操作中心通過泵房的數(shù)據(jù)及設(shè)備運行狀況實時傳遞，指揮中心再根據(jù)傳遞過來的信息發(fā)送相對應(yīng)的控制指令，實現(xiàn)遠程控制。

4）為了應(yīng)對突發(fā)緊急情況，自動排水系統(tǒng)的控制設(shè)計了井上遠程控制、井下自動控制以及手動控制等三種控制方法，可以參與核準。

5）智能化水平得到了很大提升，系統(tǒng)軟件包根據(jù)大量數(shù)據(jù)有針對性地嵌入了許多控制策略（管理決策）。

1.3 電氣自動化控制在供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

礦山供電自動化系統(tǒng)一般包括綜合保護器、監(jiān)控分站、傳輸通道與地面控制操作中心四個主要部分。

1）綜合保護器主要有遙測（對電路信號、功率等進行測量）、遙信（各種信號及斷電器的位置）、遙控（開、關(guān)閥的遠程控制及定值修改）及遙脈（遠程電度表通信及顯示）4個基本功能，主要實現(xiàn)對高壓配電裝置以及供電線路進行保護與測控的作用。

2）監(jiān)控分站是一種嵌入式控制設(shè)備，具有多通道、多制式的信號采集功能和通訊功能，為供電自動化系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，它把作業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備信息匯集，再把這些信息進行科學(xué)轉(zhuǎn)換，使其成為統(tǒng)一協(xié)議的數(shù)據(jù)，再通過工業(yè)以太網(wǎng)及時將監(jiān)測到的經(jīng)過統(tǒng)一協(xié)議轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)傳送到地面控制中心站，并執(zhí)行中心站反饋的各種指令，及時發(fā)出報警和斷電控制信號，實現(xiàn)地面控制中心與綜合保護器之間的數(shù)據(jù)通信與控制保護[2]。

3）傳輸通道是利用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)通過光纜線將各個集控中心、操作中心、設(shè)備中心等連接起來，從而達到相互間正常通訊的目的。它的功能主要有：實時反映供電系統(tǒng)的設(shè)備運行狀況；提高網(wǎng)絡(luò)抗干擾能力，保證其穩(wěn)定性；具有可管理性，為了提高網(wǎng)絡(luò)性能及故障分析的效率，可以增加預(yù)警、配置以及統(tǒng)計等功能。另外，未來自動化技術(shù)不斷完善，科技快速發(fā)展，還應(yīng)預(yù)留更多更好的擴展接口。

4）地面控制中心站則是一個總服務(wù)臺，長期進行實時監(jiān)測監(jiān)控、顯示與記錄以及數(shù)據(jù)分析計算等。

1.4 電氣自動化控制在采煤機械中的應(yīng)用

電氣自動化技術(shù)在采煤機械設(shè)備中的應(yīng)用讓煤礦采煤設(shè)備和技術(shù)都得到了質(zhì)的飛躍，不僅提高了采煤工作效率，而且節(jié)能環(huán)保，節(jié)約煤礦生產(chǎn)成本，保護人員生命財產(chǎn)安全。采煤機逐步由薄煤層截框式采煤機發(fā)展到中厚煤層的大功率的滾筒式采煤機，在煤層采掘厚度、牽引力度與速度、下切深度與過煤高度等方面不斷發(fā)展。采煤機截割電機功率由60 kW發(fā)展到1 000 kW，總裝機功率由60 kW發(fā)展2 550 kW；采煤機總體結(jié)構(gòu)形式由單電機到多電機，由縱向布置到橫向布置；牽引形式由鋼絲繩牽引到圓環(huán)鏈牽引，發(fā)展到無鏈牽引；牽引調(diào)速由機械牽引調(diào)速到液壓無級調(diào)速，發(fā)展到直流調(diào)速和交流變頻調(diào)速；系統(tǒng)保護由簡單到完善；操作由單純手動就機操作到兼有端頭站操作和無線電離機操作；采煤工作面機械化程度由普采到高檔普采，再到綜采；適用范圍由薄煤層到特厚煤層發(fā)展。其中液壓支架電液控制系統(tǒng)將是煤礦綜采工作面實現(xiàn)高產(chǎn)高效環(huán)保的關(guān)鍵技術(shù)，將在煤礦安全生產(chǎn)的采掘工作中發(fā)揮重要的作用[3]。

1.5 電氣自動化控制在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

煤礦用采煤機的開采進程一般是：厚煤層，中厚煤層，最后再采薄煤層。在整個開采歷史進程中，薄煤層的開采一直是煤礦開采中技術(shù)難度最高的，而且薄煤層中的產(chǎn)量一直占據(jù)著煤炭開采總量中的大部分比例。怎樣克服薄煤層高難度的開采工作，成為了當前各個煤礦企業(yè)首要解決的問題之一。引進高科技的采煤技術(shù)便成為了煤礦企業(yè)的首選，電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用讓煤礦企業(yè)看到了希望，采煤設(shè)備實現(xiàn)電氣自動化，采煤工作時能夠進行遠程監(jiān)控操作，甚至全自動無人操作，采煤技術(shù)進一步提高，使采煤過程更安全，更人性化、智能化。在電氣自動化的應(yīng)用中，采煤機能夠根據(jù)煤層的變化情況來進行自動開采，實現(xiàn)了煤礦企業(yè)的高產(chǎn)、高效和環(huán)保，使得綜合機械化采煤技術(shù)也得到了新的突破。

2 電氣自動化控制系統(tǒng)存在的問題

由于礦山工作環(huán)境比較惡劣，如煤塵、高溫高濕、爆破振動、輻射干擾、氣候條件等都可能成為影響電氣自動化控制系統(tǒng)穩(wěn)定及可靠運行的因素，所以必須要對系統(tǒng)定期或不定期地進行維護、檢修和保養(yǎng)工作。特別要注意的是電壓的穩(wěn)定性，如果電壓不穩(wěn)或系統(tǒng)突然斷電，必然導(dǎo)致整個輸出電路產(chǎn)生一定的浪涌電流，輕則數(shù)據(jù)丟失，系統(tǒng)運行不穩(wěn)，重則可能造成系統(tǒng)芯片燒毀，整個系統(tǒng)癱瘓等問題，造成嚴重的不可估量的經(jīng)濟損失。礦山設(shè)備運行過程中，劇烈振動也可能會對電氣自動化控制系統(tǒng)的可靠性有一定影響，劇烈的機械振動會導(dǎo)致系統(tǒng)中的重要電氣元件等受到不同程度的損壞甚至是脫落。另外，在實際操作應(yīng)用中，充分把握好操作要領(lǐng)至關(guān)重要，必須提高工作人員素質(zhì)，加強職業(yè)培訓(xùn)，讓工作人員能正確使用電氣自動化控制系統(tǒng)，以免操作不當，發(fā)生人為損壞的情況[4]。

3 結(jié)語

電氣自動化控制采用自動化控制原理、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進技術(shù)對生產(chǎn)過程進行監(jiān)測監(jiān)控，對設(shè)備進行實時跟蹤檢查，對生產(chǎn)環(huán)境進行檢測，它不僅能夠降低煤礦機電事故的風(fēng)險系數(shù)，實現(xiàn)礦井的安全生產(chǎn)，同時也能夠提高工作效率，保證企業(yè)的長久穩(wěn)定的發(fā)展。對此，目前煤礦生產(chǎn)中的電氣自動化應(yīng)用十分廣泛，不僅降低煤礦企業(yè)的生產(chǎn)成本，提升煤礦企業(yè)的核心競爭力，還給礦井人員的生命財產(chǎn)安全提供保障。因此，促進電氣自動化技術(shù)在礦山安全生產(chǎn)中的發(fā)展具有非常重要的意義。煤礦企業(yè)在礦山安全生產(chǎn)的過程中，應(yīng)積極地去探索和發(fā)現(xiàn)電氣自動化技術(shù)在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用優(yōu)勢，以便更好地為企業(yè)的發(fā)展提供更積極的動力。

[1]房付玉.電氣自動化技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2011（10）：23．

[2]葉雪云.電氣自動化控制技術(shù)在礦山生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].工藝與技術(shù)，2017（9）：61

[3]耿繼國.煤礦生產(chǎn)中電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用探析[J].高新技術(shù)，2013（23）：168-169．

[4]韓正龍.淺談電氣自動化在煤礦的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2012（1）：12-14．