淺析信息化背景下煤礦自動(dòng)化技術(shù)的突破和發(fā)展

郭毅軍

（陜西陜煤韓城礦業(yè)有限公司，陜西 韓城 715400）

自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，使機(jī)械設(shè)備趨近于智能化，減少井下工作人員的投入量。通過定位技術(shù)，可對(duì)施工人員進(jìn)行精準(zhǔn)定位，方便管理人員對(duì)施工流程進(jìn)行合理布置；通過監(jiān)測(cè)技術(shù)可對(duì)礦井下的施工作業(yè)情況進(jìn)行及時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患問題，進(jìn)而使工作人員可采取預(yù)防措施；通過線測(cè)傳輸技術(shù)可對(duì)井下設(shè)備進(jìn)行有線和無線控制，依據(jù)不同情況選擇技術(shù)控制，可有效提升工作效率。

1 煤礦自動(dòng)化發(fā)展階段

煤礦作為主要能源之一，其可用來發(fā)電、供熱、冶金、建材等，在對(duì)煤礦資源進(jìn)行開采時(shí)，傳統(tǒng)的開采行業(yè)對(duì)工作效率較低，開采方式的不正確也將對(duì)煤礦資源造成極大的浪費(fèi)，降低了資源利用率。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)的不斷成熟，煤礦開采領(lǐng)域融合自動(dòng)化技術(shù)。其最早的技術(shù)研究開始于20 世紀(jì)60 年代初期，國(guó)家建立研究團(tuán)隊(duì)，但當(dāng)時(shí)技術(shù)條件受限，其受到環(huán)境因素的影響，其自動(dòng)化技術(shù)只是進(jìn)行簡(jiǎn)單化控制，通過開關(guān)和閉環(huán)控制對(duì)設(shè)備進(jìn)行指令操控，當(dāng)時(shí)技術(shù)的不成熟，設(shè)備體積較大，導(dǎo)致工作效率、操控性能差，未能進(jìn)行大力研發(fā)。70 年代初期，隨著我國(guó)自主研發(fā)體系的不斷完善，科學(xué)技術(shù)得到突破性進(jìn)展，研發(fā)出可控性邏輯電路、晶體管等電子元器件，通過在自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用電子元器件，減小設(shè)備體積，同時(shí)增強(qiáng)設(shè)備的工作性能。80 年代中期時(shí)，單片機(jī)的應(yīng)用為煤礦自動(dòng)化體系提供安全性和邏輯性，為滿足煤礦開采設(shè)備的自動(dòng)化性能，技術(shù)人員對(duì)單片機(jī)種類進(jìn)行優(yōu)化，以適應(yīng)不同環(huán)境的開采，此時(shí)期對(duì)煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)中安裝相應(yīng)的監(jiān)控功能，可對(duì)煤礦開采工作進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。90 年代以來，煤礦自動(dòng)化技術(shù)已成為獨(dú)立性系統(tǒng)，通過單片機(jī)的操控，可對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)操控，并可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)容各機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)合作。技術(shù)的不斷完善，使操作系統(tǒng)根據(jù)規(guī)劃性，通過信息的采集，可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分化式操作，并可使系統(tǒng)進(jìn)行自檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)行錯(cuò)誤，提升煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)的工作效率。

2 煤礦自動(dòng)化技術(shù)

2.1 定位技術(shù)

“安全第一”作為企業(yè)施工首要準(zhǔn)則，工作人員的安全得到保障，才可使工作順利進(jìn)行。煤礦工作人員一般進(jìn)行井下作業(yè)，其工作性質(zhì)具有高危險(xiǎn)性，需對(duì)井下工作人員進(jìn)行定位，當(dāng)出現(xiàn)作業(yè)事故時(shí)，可依據(jù)定位情況進(jìn)行及時(shí)救援。但煤井下由于通風(fēng)不暢，將產(chǎn)生氣體和煙塵，空氣介質(zhì)的改變不利于定位系統(tǒng)的信號(hào)傳輸，當(dāng)前煤井一般才采用射頻識(shí)別技術(shù)（RFID），通過通信技術(shù)進(jìn)行區(qū)域性監(jiān)測(cè)，未能對(duì)煤礦整體環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，導(dǎo)致其效果不明顯。在技術(shù)不斷創(chuàng)新下，通過時(shí)間和場(chǎng)強(qiáng)的定位方法，提升定位精度，并滿足煤礦的生產(chǎn)需求。

時(shí)間定位法，是對(duì)信號(hào)的傳輸時(shí)間進(jìn)行檢測(cè)，在通過信號(hào)傳輸速率，可計(jì)算出信號(hào)傳輸距離。將信號(hào)以電磁波的方式進(jìn)行傳導(dǎo)，可保證其不受礦井內(nèi)部環(huán)境影響，通過信號(hào)的傳輸可對(duì)工作人員進(jìn)行及時(shí)定位，并將被檢測(cè)目標(biāo)的信息位置進(jìn)行數(shù)據(jù)投影，可使管理人員對(duì)礦井工作人員的分布情況進(jìn)行分析，可方便管理人員進(jìn)行派遣工作。

場(chǎng)強(qiáng)定位法，是對(duì)信號(hào)在傳輸過程中的衰減程度進(jìn)行分析，進(jìn)而計(jì)算出人員分布位置，通過礦井內(nèi)部監(jiān)測(cè)站和其坐標(biāo)位置，可對(duì)工作人員進(jìn)行精準(zhǔn)定位。但信號(hào)在傳輸過程中，其衰減程度易受到內(nèi)部環(huán)境的影響，例如礦井內(nèi)部的管道、機(jī)電設(shè)備、巖壁表面、管線、斷面彎曲程度等，導(dǎo)致其測(cè)量精準(zhǔn)度出現(xiàn)誤差。為解決信號(hào)傳輸問題，保證其測(cè)量精度，技術(shù)人員設(shè)置場(chǎng)強(qiáng)對(duì)比、節(jié)點(diǎn)位置、空間標(biāo)定等措施，為場(chǎng)強(qiáng)定位提供參照標(biāo)準(zhǔn)，但由于其工藝復(fù)雜，將導(dǎo)致其監(jiān)測(cè)成本提升，工作人員應(yīng)對(duì)此種定位法進(jìn)行合理使用。

2.2 監(jiān)測(cè)技術(shù)

煤礦開采過程中，由于其屬于半封閉區(qū)間，一般井下通風(fēng)系統(tǒng)不完善時(shí)，易產(chǎn)生甲烷等易燃易爆氣體，當(dāng)工作人員操作不當(dāng)，易將氣體點(diǎn)燃，導(dǎo)致發(fā)生事故，對(duì)人身造成危害。在對(duì)井下進(jìn)行甲烷氣體檢測(cè)時(shí)，一般以激光監(jiān)測(cè)技術(shù)、熱導(dǎo)監(jiān)測(cè)技術(shù)、熱催化監(jiān)測(cè)技術(shù)為主，通過不同環(huán)境對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性監(jiān)測(cè)，可有效提升監(jiān)測(cè)效率，并可使工作人員提前制定相應(yīng)的預(yù)防措施。

激光監(jiān)測(cè)技術(shù)在對(duì)甲烷氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，通過傳感器對(duì)礦井內(nèi)部的氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，可有效提升其監(jiān)測(cè)量程，其響應(yīng)速度較快，且內(nèi)部元器件生命周期較長(zhǎng)，但其測(cè)量精度易受到環(huán)境影響，且安裝成本較高，利用激光原理監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)包括紅外線傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)，其工作原理與激光監(jiān)測(cè)技術(shù)相同，但其傳輸波長(zhǎng)易受到溫度環(huán)境影響。

熱導(dǎo)監(jiān)測(cè)技術(shù)利用傳感器對(duì)氣體進(jìn)行采集，其適用于高濃度氣體監(jiān)測(cè)，其安裝成本較低，并以熱催化監(jiān)測(cè)技術(shù)為主，通過濃度監(jiān)測(cè)的高低對(duì)其進(jìn)行分類，但其主要是對(duì)高濃度甲烷氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其監(jiān)測(cè)范圍有限，對(duì)低濃度氣體監(jiān)測(cè)時(shí)，其監(jiān)測(cè)誤差較大。熱催化監(jiān)測(cè)技術(shù)，通過傳感器對(duì)低濃度甲烷氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其甲烷氣體含量在采樣氣體中一般低于5%，才可對(duì)其進(jìn)行精度確定，但其響應(yīng)速度較慢，內(nèi)部元器件生命周期較短，且內(nèi)部催化劑含有毒性，通過其與熱導(dǎo)監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，將兩種監(jiān)測(cè)方式的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行互補(bǔ)，可對(duì)濃度進(jìn)行全范圍監(jiān)測(cè)。

2.3 線測(cè)傳輸技術(shù)

無線傳輸技術(shù)作為礦井常用技術(shù)之一，井下作業(yè)情況較為復(fù)雜，提升實(shí)時(shí)監(jiān)控的難度，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸時(shí)，分為有線傳輸技術(shù)和無線傳輸技術(shù)。有線技術(shù)通過線纜將系統(tǒng)與主機(jī)進(jìn)行連接，可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行安全性傳輸，通過線纜的布置可對(duì)傳輸距離進(jìn)行調(diào)控，同時(shí)可對(duì)內(nèi)部設(shè)備進(jìn)行范圍性供電，但由于線纜的固定性，在對(duì)移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行供電時(shí)，設(shè)備的移動(dòng)性降低了電纜的可操控性，將影響工作效率。針對(duì)此情況，技術(shù)人員研發(fā)了無線傳輸技術(shù)，通過傳感器設(shè)備的安裝，可對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行無線傳輸，同時(shí)可減少安裝線纜產(chǎn)生的防護(hù)措施。傳感器設(shè)備在進(jìn)行工作時(shí)，其需要內(nèi)部電源系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行供電，因此需定期對(duì)傳感器進(jìn)行電量檢測(cè)，及時(shí)更換內(nèi)部電源，使工作可持續(xù)開展。

3 信息化背景下煤礦自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展

3.1 智能一體化

當(dāng)前煤礦作業(yè)時(shí)，通過監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行可有效提升工作效率，減少作業(yè)人員的投入量，但在智能化采煤領(lǐng)域發(fā)展不足。技術(shù)人員應(yīng)對(duì)智能化領(lǐng)域進(jìn)行分析，使設(shè)備可進(jìn)行智能自動(dòng)采煤，通過操作人員的控制，實(shí)現(xiàn)一體化流程，可提升工作效率，并有效降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)應(yīng)對(duì)設(shè)備導(dǎo)航技術(shù)、遠(yuǎn)程操控技術(shù)、智能分析技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，提升設(shè)備機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)合作，技術(shù)人員應(yīng)對(duì)礦井傳輸設(shè)備進(jìn)行分析，調(diào)試激光測(cè)距、雷達(dá)測(cè)距等，使其具備相應(yīng)的無人駕駛功能，提升工作效率。

3.2 數(shù)據(jù)信息化

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)數(shù)據(jù)信息可進(jìn)行云存儲(chǔ)，技術(shù)人員可通過大數(shù)據(jù)對(duì)信息進(jìn)行采集劃分，通過與數(shù)據(jù)庫(kù)信息進(jìn)行對(duì)比，可對(duì)問題發(fā)生導(dǎo)向進(jìn)行分析。技術(shù)人員應(yīng)通過大數(shù)據(jù)對(duì)煤礦進(jìn)行全方位了解，制定相應(yīng)的方案，使煤礦的安全工作得到保障。

3.3 機(jī)器可視化

煤礦開采工作一般是在地下進(jìn)行，礦井中一般照明度較低、煙塵大、噪音大、設(shè)備振動(dòng)幅度大、電磁干擾性較為聚集等，在對(duì)其進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化時(shí)，可提升設(shè)備的監(jiān)控性，通過可視化對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)操作。通過科學(xué)技術(shù)的不斷融合，可使機(jī)械設(shè)備進(jìn)行智能化操作，對(duì)人類的行為動(dòng)作進(jìn)行模擬，通過可視技術(shù)，可有效對(duì)礦井內(nèi)部的工作環(huán)境進(jìn)行觀察。機(jī)器可視化可應(yīng)用于礦場(chǎng)車輛導(dǎo)航控制、煤倉(cāng)儲(chǔ)備監(jiān)控、值班待崗、設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控等，工作人員通過技術(shù)的應(yīng)用可提升整體工作效率。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，文章對(duì)煤礦自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行介紹，并對(duì)當(dāng)前礦井工作中使用的現(xiàn)代化技術(shù)進(jìn)行分析，通過智能一體化、數(shù)據(jù)信息化、機(jī)器可視化對(duì)信息化背景下煤礦自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行展望。