機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)在煤礦中的實(shí)際應(yīng)用

趙海蛟

中煤昔陽(yáng)能源有限責(zé)任公司白羊嶺煤礦 山西晉中 045300

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和科技的重大進(jìn)步，信息技術(shù)正逐步被引入社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，導(dǎo)致了社會(huì)生產(chǎn)向信息化、高度一體化的轉(zhuǎn)變，煤礦機(jī)電自動(dòng)化是信息技術(shù)應(yīng)用的產(chǎn)物。煤礦機(jī)電自動(dòng)化有效地防止了傳統(tǒng)礦山的安全隱患，降低了發(fā)生事故的概率，大大提高了開(kāi)采的安全性和可靠性，是煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。

1 煤礦機(jī)電自動(dòng)化特點(diǎn)

1.1 高可靠性

基于煤炭工業(yè)中使用的傳統(tǒng)手工技術(shù)，機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用使整個(gè)煤礦綜合體能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中的微小變化，并通過(guò)警告員工消除異常情況，提醒員工增強(qiáng)防范意識(shí)。在風(fēng)險(xiǎn)因素較多且這些風(fēng)險(xiǎn)因素具有不可預(yù)測(cè)性特點(diǎn)，復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境中，要合理使用煤礦電氣設(shè)備，還需加強(qiáng)日常管理，特別是通過(guò)應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)來(lái)滿足安全生產(chǎn)的需要[1]。

1.2 開(kāi)放性

目前，機(jī)電自動(dòng)化在煤礦電氣設(shè)備中的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，同時(shí)提高了機(jī)電設(shè)備的智能化水平，使工作人員能夠控制煤礦生產(chǎn)環(huán)節(jié)，帶動(dòng)煤礦電氣工程的發(fā)展。特別是通信技術(shù)在煤炭機(jī)械電氣設(shè)備中的應(yīng)用，提高了機(jī)電設(shè)備的靈活性和操作效率，并確保機(jī)械設(shè)備的有效連接，簡(jiǎn)化其操作過(guò)程，使員工在作業(yè)中能夠交換設(shè)備發(fā)出的信號(hào)，展示了這項(xiàng)技術(shù)的開(kāi)放性。

2 煤礦機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)化現(xiàn)狀

2.1 煤炭機(jī)電和信息系統(tǒng)基本上是分開(kāi)構(gòu)建的

首先，建設(shè)不同于一般的信息化項(xiàng)目，由信息中心負(fù)責(zé)，自動(dòng)化系統(tǒng)由機(jī)電部門(mén)負(fù)責(zé)，因此在建設(shè)過(guò)程中存在溝通協(xié)調(diào)問(wèn)題。然而，在意識(shí)形態(tài)意識(shí)中，人們普遍認(rèn)為信息和自動(dòng)化之間沒(méi)有自動(dòng)聯(lián)系。同時(shí)，機(jī)電煤礦信息化建設(shè)過(guò)程中，面臨著許多問(wèn)題，比如很多企業(yè)的高速企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)，大都用于文件傳輸，或通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)獲取信息。相對(duì)較少的企業(yè)應(yīng)用程序可能帶來(lái)可觀的效益，但是作業(yè)過(guò)程中很多信息來(lái)源必須手動(dòng)錄制，不僅不能保證信息來(lái)源的準(zhǔn)確性，而且增加了人工成本，他們雖然活躍在信息化，但是基本沒(méi)有實(shí)際用途。大部分煤炭企業(yè)負(fù)責(zé)人認(rèn)為，信息也是空的，不能帶來(lái)切實(shí)利益，企業(yè)生產(chǎn)和管理的進(jìn)步減緩建立煤炭企業(yè)的信息。在建造自動(dòng)化系統(tǒng)的過(guò)程中，總是專注于單個(gè)設(shè)備或一套系統(tǒng)的管理，因此產(chǎn)生了清晰的碎片，以致于對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的理解是有限的。自20世紀(jì)初以來(lái)，國(guó)際上自動(dòng)化的微電子技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)和感官技術(shù)的出現(xiàn)導(dǎo)致了自動(dòng)化的快速發(fā)展。半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，在發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展了燃煤電機(jī)裝置、設(shè)備條件、生產(chǎn)效率和煤礦總體安全生產(chǎn)水平之后，特別是在最近幾年，廣泛采用自動(dòng)化管理方法和大型自動(dòng)化設(shè)備之后，使得員工的工作效率大大提高，自動(dòng)裝置的使用率也在增加。我國(guó)的自動(dòng)化進(jìn)程相對(duì)緩慢，但仍處于機(jī)械化最普遍的階段，大型自動(dòng)化技術(shù)開(kāi)采過(guò)程遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。在一些定居點(diǎn)和定居點(diǎn)的礦井中，最原始的手工生產(chǎn)方法廣泛使用，即使是大型和中等規(guī)模的煤礦也主要用于聯(lián)合開(kāi)采。

2.2 我國(guó)煤炭開(kāi)采水平仍然處于多層結(jié)構(gòu)和復(fù)雜化

能力和技術(shù)水平不能適應(yīng)實(shí)際需求，煤礦設(shè)備相關(guān)技術(shù)水平需要進(jìn)一步完善和改進(jìn)，需要學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)，不斷提高自己，擴(kuò)大對(duì)國(guó)家煤礦安全生產(chǎn)的新研究方向。首先，開(kāi)發(fā)具有技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力的礦產(chǎn)設(shè)施，以便獨(dú)立開(kāi)發(fā)基本技術(shù)；第二，提高設(shè)備自動(dòng)化的總體水平，使其自動(dòng)化功能盡可能的得到充分利用；第三，微處理器技術(shù)的發(fā)展和從自動(dòng)化到小型化的轉(zhuǎn)變；第四，機(jī)器人的人工智能正在成為一種趨勢(shì)，可以降低勞動(dòng)成本，減少作業(yè)人員傷亡；第五，節(jié)能和環(huán)境保護(hù)被列為戰(zhàn)略新產(chǎn)業(yè)，有效節(jié)能技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展是迫切需要的。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，反饋控制系統(tǒng)是由控制設(shè)備工作過(guò)程中對(duì)信息的反應(yīng)來(lái)決定需要控制的設(shè)備的調(diào)節(jié)和控制。通過(guò)輸入和輸出信息之間的反饋來(lái)調(diào)節(jié)偏差，可以對(duì)需要控制的設(shè)備進(jìn)行控制，并以此來(lái)完成具體的任務(wù)。反饋控制系統(tǒng)根據(jù)功能的不同，包括比較元件等組件，測(cè)量元件、放大元件、給定元件、執(zhí)行元件和校正元件，其中最重要的是將實(shí)際測(cè)量值與所述元件的實(shí)際輸出進(jìn)行比較，從而得到偏離值；要求控制的裝置稱為測(cè)量元件，它要求反饋可調(diào)輸入量；執(zhí)行單元為需要管理的設(shè)備提供指示，從而使其工作更容易；校正元件主要起到補(bǔ)償作用，用于整個(gè)系統(tǒng)的校正組織。根據(jù)控制方式，自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為三種：反饋控制、開(kāi)路控制和綜合控制。根據(jù)元件的類型，可分為機(jī)械元件、電氣元件、機(jī)電元件，以及液壓和氣動(dòng)系統(tǒng)。只有消除環(huán)境干擾和元件特性誤差，才能保障測(cè)量系統(tǒng)的整體精度穩(wěn)定性和準(zhǔn)確定，從而確保通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制值與期望值相等。

3 機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)在煤礦中的實(shí)際應(yīng)用

3.1 礦井高清圖像監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

以智能綜合監(jiān)控集成平臺(tái)和萬(wàn)兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)為基礎(chǔ)，用全覆蓋的自動(dòng)化監(jiān)視器和遠(yuǎn)程遙控技術(shù)來(lái)控制礦井，使技術(shù)人員能夠充分了解作業(yè)環(huán)境和生產(chǎn)情況，為開(kāi)采作業(yè)提供重要的指導(dǎo)，及時(shí)處理各類突發(fā)狀況。如在井下機(jī)械設(shè)備故障或環(huán)境異常的情況下，調(diào)度員會(huì)得到相應(yīng)的預(yù)警信息以此為依據(jù)控制井下作業(yè)，使采掘工作者能夠及時(shí)準(zhǔn)確地了解礦井的真實(shí)情況。通過(guò)存儲(chǔ)各崗位環(huán)境、設(shè)備運(yùn)行等數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后形成數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)全礦安全生產(chǎn)信息跟蹤管理和預(yù)警傳輸功能。但我們相對(duì)較短的時(shí)期發(fā)展自動(dòng)化，尚未形成完整的系統(tǒng)理論，沒(méi)有控制設(shè)備生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，許多煤礦機(jī)電自動(dòng)化控制工具，需從國(guó)外進(jìn)口，可以說(shuō)，我國(guó)長(zhǎng)期處于依賴西方國(guó)家[2]。近年來(lái)，在我國(guó)有關(guān)部門(mén)的積極支持下，我們繼續(xù)開(kāi)展煤炭監(jiān)測(cè)設(shè)備研究，取得了顯著進(jìn)展，建立了一個(gè)更完善的理論系統(tǒng)，縮小了與西方國(guó)家的技術(shù)差距，煤炭控制設(shè)備產(chǎn)量逐步提高。煤炭生產(chǎn)中越來(lái)越多的人獲得了電力機(jī)械控制煤礦的技術(shù)，地下開(kāi)采中產(chǎn)生的甲烷等氣體控制也越來(lái)越精確。

3.2 供電自動(dòng)化的應(yīng)用

供電系統(tǒng)是煤礦中較早實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的項(xiàng)目，有成熟的使用經(jīng)驗(yàn)。供電自動(dòng)化是將全礦所有用電設(shè)備和線路進(jìn)行統(tǒng)一管理，利用計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代電子、通信、信號(hào)處理等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)視、測(cè)量、自動(dòng)控制、微機(jī)保護(hù)以及與礦調(diào)度室通信等功能，優(yōu)點(diǎn)是全礦設(shè)備用電統(tǒng)一分配，大屏幕全方位監(jiān)視與操作開(kāi)關(guān)，在線故障自診斷并報(bào)警。微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置主要用來(lái)集中收集各配電室的所有信息，輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)調(diào)節(jié)設(shè)備的整定值，并返回已完成操作的信息，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、遙控、搖視，事件記錄，電能采集，自恢復(fù)和自檢測(cè)功能。微機(jī)防誤閉鎖裝置用來(lái)模擬操作、打印電子操作票，是變電站運(yùn)行的又一道安全防線。供電自動(dòng)化使全礦實(shí)現(xiàn)了供電的高效、安全，效果明顯，要進(jìn)一步向井下各配電點(diǎn)推廣，擴(kuò)大使用范圍。

3.3 煤礦掘進(jìn)工作面的自動(dòng)化

掘進(jìn)工作在煤礦井下占比很大，如實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化對(duì)全礦的減員提效意義重大。掘錨護(hù)一體機(jī)的使用有效的解決了掘進(jìn)機(jī)、液壓支護(hù)、錨桿鉆機(jī)分別作業(yè)的問(wèn)題，以掘進(jìn)機(jī)為基礎(chǔ)巧妙的將三種設(shè)備整合在一起，優(yōu)化了作業(yè)流程提高了工作效率，其次安裝頂板離層在線檢測(cè)系統(tǒng)巷道安全更有保障，為掘進(jìn)工作自動(dòng)化、智能化提供了條件。PLC集控系統(tǒng)的應(yīng)用使輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，各種保護(hù)齊全可靠，根據(jù)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)合理調(diào)整運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度，在調(diào)試自動(dòng)化技術(shù)時(shí)，降低了煤礦皮帶的相對(duì)滑移，使輸送機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，避免了熱能的產(chǎn)生，而且在平行速度下，煤塊不容易脫落。簡(jiǎn)化和現(xiàn)代化的機(jī)器使用方便也更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。隨著企業(yè)在自動(dòng)化方面不斷取得新成果，相信自動(dòng)化技術(shù)很快會(huì)在許多領(lǐng)域，特別是在掘進(jìn)過(guò)程中，提高掘進(jìn)工作效率，減少現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人數(shù)，提高礦井安全生產(chǎn)水平。

3.4 煤炭開(kāi)采過(guò)程中綜采工作面三機(jī)也非常重要

該系統(tǒng)工作相對(duì)復(fù)雜，受供水、液壓、機(jī)械設(shè)備、電氣設(shè)備及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等多方面影響，且設(shè)備裝機(jī)功率越來(lái)越大十分笨重。這幾年電牽引采煤機(jī)的應(yīng)用，大大提高了設(shè)備故障管理的效率和維護(hù)穩(wěn)定性，電牽引采煤機(jī)的應(yīng)用極大地提高了采煤系統(tǒng)的性能，只需要使用電力控制系統(tǒng)來(lái)設(shè)置參數(shù)，從而確保了采煤的效率，同時(shí)為采煤工作自動(dòng)化、智能化提供了條件。液壓支架的電液控系統(tǒng)使用液壓加固程序，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制液壓支架實(shí)現(xiàn)了多架組合移動(dòng)的功能，在液壓支架中使用自動(dòng)裝置可以有效地抵抗煤層頂板的沖擊，以避免煤層頂板問(wèn)題對(duì)采礦造成不可彌補(bǔ)的影響。在我國(guó)液壓支架上使用自動(dòng)化也有很大的發(fā)展空間。技術(shù)人員進(jìn)一步研究在現(xiàn)有的集控系統(tǒng)中后配合工作面環(huán)境和煤層等參數(shù)可短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

4 發(fā)展

近年來(lái)，信息學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，電力控制技術(shù)得到了更新，在這一階段，它們已成為煤礦電氣設(shè)備的重要技術(shù)工具[3]。眾所周知，煤礦開(kāi)發(fā)過(guò)程涉及許多因素的風(fēng)險(xiǎn)，因此有必要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，立體開(kāi)發(fā)整個(gè)過(guò)程來(lái)控制煤礦。如今，許多礦山企業(yè)有針對(duì)性的實(shí)施了移動(dòng)通信技術(shù)、電網(wǎng)控制技術(shù)和安全控制技術(shù)。通過(guò)完整的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)覆蓋了礦井生產(chǎn)的所有環(huán)節(jié)，如地下下水道、防爆、地面壓力系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)等。中央監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用反映了自動(dòng)化的好處，其最終目標(biāo)是降低事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，減少事故發(fā)生的可能性。簡(jiǎn)而言之，有效地使用自動(dòng)化的采煤管理方法可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤礦作業(yè)人員的工作效率和作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，并完善對(duì)井下工作的監(jiān)測(cè)。自動(dòng)化管理的概念是將控制器和控制設(shè)備等元素結(jié)合起來(lái)，使用一系列控制系統(tǒng)，在沒(méi)有作業(yè)人員的情況下執(zhí)行特定任務(wù)，控制電動(dòng)機(jī)械設(shè)備或根據(jù)事先確定的程序自動(dòng)控制生產(chǎn)。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用范圍將變得越來(lái)越廣泛。

在采煤方面存在真正的安全威脅，當(dāng)出現(xiàn)違規(guī)和誤判時(shí)，就導(dǎo)致了與采煤安全相關(guān)的事故頻繁發(fā)生，并影響了煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率。但是從實(shí)際出發(fā)，很多技術(shù)層面的東西還是不能很好的融合，需要投入大量的人力、物力和財(cái)力去解決。煤礦機(jī)電設(shè)備是一種綜合機(jī)械設(shè)備，需要逐步發(fā)展為信息化，需與實(shí)際情況相結(jié)合，發(fā)展符合煤炭生產(chǎn)特征的自動(dòng)化煤炭和管理系統(tǒng)，并逐步提高自動(dòng)化水平和提高煤炭企業(yè)的效率[4]。與目前煤炭市場(chǎng)的情況相結(jié)合，努力降低煤炭生產(chǎn)成本，提高煤炭生產(chǎn)質(zhì)量，促進(jìn)煤炭企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。不管怎樣，安全永遠(yuǎn)是第一，煤炭工業(yè)企業(yè)要重視開(kāi)采過(guò)程中的安全，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化該技術(shù)在煤礦電氣設(shè)備中有充分的應(yīng)用，并提供了人員安全穩(wěn)定的采礦環(huán)境。

5 結(jié)語(yǔ)

鑒于上述，隨著提高科學(xué)技術(shù)水平，在煤礦開(kāi)發(fā)過(guò)程越來(lái)越意識(shí)到使用機(jī)電自動(dòng)化手段是必要和重要的，煤礦逐步實(shí)施和應(yīng)用新技術(shù)發(fā)展目標(biāo)滿足當(dāng)代的需求，根據(jù)需求煤炭開(kāi)采和標(biāo)準(zhǔn)安全采煤。要求電機(jī)自動(dòng)化煤礦技術(shù)創(chuàng)新、改進(jìn)缺點(diǎn)、開(kāi)發(fā)新技術(shù)、擴(kuò)大自動(dòng)化技術(shù)、提高生產(chǎn)過(guò)程安全、降低事故安全，從而促進(jìn)煤炭工業(yè)的穩(wěn)定快速發(fā)展。