電氣自動化技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

（陜西中能煤田有限公司 陜西 719000）

引言

隨著科學技術(shù)的進一步發(fā)展，眾多的先進生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)運而生。同時經(jīng)濟的高速發(fā)展使得煤炭企業(yè)間的競爭白熱化，企業(yè)想要在激烈的競爭中占有優(yōu)勢，就必須在提高生產(chǎn)效率，節(jié)省生產(chǎn)成本上下功夫。因此，在煤炭生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用電氣自動化技術(shù)是大勢所趨。將電氣自動化技術(shù)應(yīng)用于煤炭生產(chǎn)既能提高生產(chǎn)效率又能有效降低工人工作強度，減少安全事故的發(fā)生。同時有研究表明，運行和維護電氣自動化設(shè)備所花費用占管理成本的40%以上[1]。因此，研究電氣自動化技術(shù)在煤礦的應(yīng)用有助于煤炭企業(yè)快速發(fā)展。

1.電機自動化技術(shù)概況

電氣自動化技術(shù)興起于二十世紀七八十年代，進入21世紀后，電氣自動化技術(shù)在生產(chǎn)制造領(lǐng)域蓬勃發(fā)展，極大的提高了生產(chǎn)企業(yè)的工作效率，加快了生產(chǎn)企業(yè)的現(xiàn)代化步伐，推動了經(jīng)濟的快速發(fā)展。電氣自動化技術(shù)是一種主要依托電氣自動化控制系統(tǒng)操縱機器完成作業(yè)的先進電子技術(shù)，以提高生產(chǎn)效率，改善工作環(huán)境為主要目的。其中，自動化的控制體統(tǒng)包括了信號采集、信號處理、中央控制器、信號反饋等模塊[2]，在具體的作業(yè)過程中，需要根據(jù)作業(yè)環(huán)境及作業(yè)特點優(yōu)化自動化控制相關(guān)模塊，以達到更高效更精確的作業(yè)效果。

現(xiàn)代化煤礦中，井下采煤依舊是煤炭企業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分。煤礦的電氣自動化技術(shù)主要被應(yīng)用在機械采煤、礦井通風、礦井排水、礦井運輸?shù)确矫妗ｋ姎庾詣踊夹g(shù)的應(yīng)用有效的提高了煤礦生產(chǎn)的效率，減少了不安全事故的發(fā)生，提升了煤礦的經(jīng)濟效益和社會效益。

2.現(xiàn)代化礦井對電氣自動化技術(shù)的要求

現(xiàn)代化礦井中，電氣自動化技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到煤礦生產(chǎn)的方方面面，該技術(shù)通過對生產(chǎn)設(shè)備的遠程操作與監(jiān)控，提高了生產(chǎn)效率，實現(xiàn)了企業(yè)經(jīng)濟效益的最大化。但，眾所周知煤炭開采屬于地下作業(yè)，其生產(chǎn)的特殊性對電氣自動化技術(shù)有著新的要求：

（1）井下工作環(huán)境對電氣自動化技術(shù)的適用性要求較高。煤礦開采通常為地下作業(yè)，礦井深度多在700-1000米，井下作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，通常呈現(xiàn)潮濕、陰暗、濕熱等特征，這就要求電氣自動化技術(shù)能夠因地制宜，在井下復(fù)雜環(huán)境中依舊能夠正常作業(yè)，這對電氣自動化技術(shù)的適用性提出較高的要求。

（2）電氣自動化技術(shù)能夠適應(yīng)長時間的連續(xù)作業(yè)。一方面，井下開采工作的高效開展離不開采煤機、液壓支柱、膠帶運輸機等各種電氣設(shè)備的有效合作，生產(chǎn)的連續(xù)性就要求電氣自動化技術(shù)能夠較為準確的調(diào)節(jié)各類設(shè)備的合作與銜接，這是生產(chǎn)能夠順利進行的前提條件。另一方面，煤礦生產(chǎn)排班通常采用“三班倒”或“四班倒”的形式，這樣的工作體制下，井下設(shè)備尤其是綜采面設(shè)備的開機率通常會達到90%甚至更高的水平[3]，井下通風設(shè)備更是24小時運轉(zhuǎn)，為保證生產(chǎn)的正常進行，就要最大程度的限制設(shè)備故障率，實時掌握設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況，這對電氣自動化技術(shù)提出了更高的要求。

3.電氣自動化技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用

電氣自動化技術(shù)主要應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)的綜合開采工作、礦井通風工作、礦井排水工作以及礦井運輸工作。

(1)電氣自動化技術(shù)在綜合開采工作上的應(yīng)用

在煤礦生產(chǎn)活動中，煤炭開采工作面是生產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)，也是生產(chǎn)過程中作業(yè)環(huán)境最復(fù)雜、作業(yè)難度最高的工作環(huán)節(jié)。綜采面生產(chǎn)的順利進行離不開采煤機、轉(zhuǎn)載機、液壓支架等多臺設(shè)備的緊密合作。尤其是現(xiàn)代化礦井綜采面呈現(xiàn)了面積大、作業(yè)速度快、產(chǎn)量高、產(chǎn)量穩(wěn)定的特點，這些的實現(xiàn)都離不開電氣自動化技術(shù)?，F(xiàn)代化礦井普遍采用自動化采煤控制系統(tǒng)來進行采煤工作。

現(xiàn)代化礦井的綜采面通常是由二三百臺設(shè)備同時工作、相互配合完成的生產(chǎn)工作，這些設(shè)備通常是采煤機、刮板輸送機、液壓支架、轉(zhuǎn)載機、破碎機和帶式輸送機[4]。應(yīng)用電氣自動化技術(shù)后，出現(xiàn)了功率相對較大的滾筒式采煤機，該設(shè)備有效的提高了單位時間的產(chǎn)量，同時這些采煤機能夠在惡劣環(huán)境中作業(yè)，抗污能力較強，保證了生產(chǎn)的正常進行。同時現(xiàn)代化礦井中一個工作面的液壓支架就多達數(shù)百臺，每臺液壓支架的支撐力高達10000噸左右，這些液壓支架的應(yīng)用可以保證作業(yè)現(xiàn)場頂板的穩(wěn)定性，為開采工作的進行提供良好的環(huán)境。電氣自動化技術(shù)的運用極大的提高了生產(chǎn)效率，且更大程度上保證了生產(chǎn)的安全性。同時利用電氣自動化技術(shù)能更好的監(jiān)測到采煤機的故障并作出相應(yīng)診斷，極大的提高了設(shè)備的易用性，減少了不安全事故的發(fā)生。近些年，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，電氣自動化中心能夠?qū)崟r的診斷井下設(shè)備故障，極大地提高了生產(chǎn)效率。

(2)電氣自動化技術(shù)在礦井通風工作上的應(yīng)用

煤礦生產(chǎn)活動中，礦井通風工作發(fā)揮著重要作用，如果通風問題得不到解決，很容易造成威脅生命安全的事故。眾所周知，煤礦生產(chǎn)為地下作業(yè)，地下氣體流動性較差，且開采過程中會產(chǎn)生大量的瓦斯氣體及其他有害氣體，當這些氣體在空氣中達到一定濃度時極易發(fā)生爆炸，嚴重危害工人人員的生命安全。因此，現(xiàn)代化礦井通常規(guī)定當風機故障停止工作超過十分鐘時，井下必須停止作業(yè)。風機故障超過十分鐘未切換到備用風機，視為重大安全事故。

現(xiàn)代化礦井中，電氣自動化技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在了礦井通風領(lǐng)域，通風設(shè)備及系統(tǒng)在不斷的升級換代。機遇電氣自動化技術(shù)的井下通風系統(tǒng)，多選用PLC作為下位機，實現(xiàn)PLC遠程控制程序，通過遠程控制中心可以實時監(jiān)測到井下通風設(shè)備的運行狀況，且在遠程控制中心可進行風量調(diào)節(jié)、切換設(shè)備等操作，既提升了工作效率又達到了節(jié)能減排的目的。同時配合通風系統(tǒng)，現(xiàn)代化礦井建立了風險預(yù)警系統(tǒng)，在礦井的各個位置安裝了溫度濕度監(jiān)測裝置、氣體探測裝置等，依賴于電氣自動化技術(shù)信息傳輸?shù)臏蚀_性和及時性，在遠程控制中心，工作人員可以實時的掌握礦井下的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，根據(jù)實際需求調(diào)整通風設(shè)備的送風量，從根本上降低了井下作業(yè)的安全隱患發(fā)生事故的概率。

(3)電氣自動化技術(shù)在礦井排水工作上的應(yīng)用

我國地下水資源豐富，煤礦開采過程中勢必會面臨井下排水的問題，井下排水系統(tǒng)也是現(xiàn)代化礦井生產(chǎn)系統(tǒng)重要的組成部分。煤礦開采過程中，如果沒有及時排走多余的地下水，就會發(fā)生透水事故，威脅工作人員的生命安全。電氣自動化技術(shù)應(yīng)用在井下排水工作上，能夠讓控制中心的工作人員實時監(jiān)測井下排水情況，適時的對相應(yīng)的情況作出處理，這極大地提升了井下排水工作的效率，增加了排水系統(tǒng)的可靠性，保障了煤礦開采工作的順利進行。并且現(xiàn)代化技術(shù)可以讓這些數(shù)據(jù)傳回指揮中心，這些數(shù)據(jù)對于高層管理人員做出決策有重要的指導(dǎo)意義。

(4)電氣自動化技術(shù)在礦井運輸工作上的應(yīng)用

礦井運輸系統(tǒng)就是煤礦運營的大動脈，是煤礦生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。隨著現(xiàn)代化技術(shù)的運用，煤礦的產(chǎn)量逐年攀升，因此礦井運輸系統(tǒng)的工作負荷也逐年增加，每一年都有更多的煤炭需要從地下輸送到地表。隨著電氣自動化技術(shù)的發(fā)展，DCS結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、PLC計算機技術(shù)被應(yīng)用在了礦井運輸工作中[5]，有效的提高了煤炭運輸?shù)乃俣群托?，同時也保證了煤炭運輸?shù)陌踩?，助力了煤炭企業(yè)的發(fā)展。

以前，煤炭從地下運輸?shù)降乇碇饕倪\輸設(shè)備是膠帶，這樣的運輸設(shè)備故障率高，運輸效率低下，且運輸過程中極易發(fā)生不安全事故。電氣自動化技術(shù)運用到礦井運輸工作上，采用了如柔性定點彎曲技術(shù)、膠輪油氣懸掛行走裝置、變頻電動滾筒多點驅(qū)動技術(shù)、分布式控制系統(tǒng)，極大的提升了設(shè)備的運輸能力，降低了故障發(fā)生率。同時，為滿足生產(chǎn)過程的需要，達到嚴格控制運輸設(shè)備的目的，現(xiàn)代化礦井增加了運輸工作的監(jiān)測系統(tǒng)。監(jiān)測系統(tǒng)主要運用了數(shù)字直流調(diào)控技術(shù)，可以在控制中心監(jiān)測運輸設(shè)備的運行情況，降低設(shè)備發(fā)生意外的概率，為煤礦運輸工作進行保駕護航。

4.總結(jié)

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦生產(chǎn)呈現(xiàn)了設(shè)備大型化、高度自動化的特點，人員少、規(guī)模大、技術(shù)優(yōu)是我國現(xiàn)代化礦井發(fā)展的必然趨勢。電氣自動化技術(shù)對于煤礦實現(xiàn)現(xiàn)代化、智能化具有重要意義。同時，煤礦生產(chǎn)的特殊性要求電氣自動化技術(shù)能夠適應(yīng)復(fù)雜的井下作業(yè)環(huán)境并能適應(yīng)長時間連續(xù)性的生產(chǎn)特性。目前，電氣自動化技術(shù)主要應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)的綜合開采工作、礦井通風工作、礦井排水工作以及礦井運輸工作。但隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，井下電氣自動化技術(shù)在可靠性、長時性方面表現(xiàn)不佳，這是我國煤礦電氣自動化技術(shù)下一步需要攻克的難題。