智能控制技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用

李興民

（陜煤集團(tuán)神木張家峁礦業(yè)有限公司，陜西神木 719300）

煤礦機(jī)電設(shè)備的運行環(huán)境復(fù)雜，且其實際運行情況直接關(guān)系著煤礦生產(chǎn)質(zhì)量、效率以及安全性，因此，針對煤礦機(jī)電設(shè)備實施運行管理是必然選擇?，F(xiàn)階段，依托智能控制技術(shù)展開煤礦機(jī)電設(shè)備管理受到更多關(guān)注，值得深入探討。

1 智能控制技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用前景分析

自動化、智能化為當(dāng)前以及未來煤礦機(jī)電設(shè)備、煤礦生產(chǎn)的主流發(fā)展趨勢，從這一角度來看，智能控制技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備以及煤礦生產(chǎn)中有著極為理想的應(yīng)用前景，支持著智慧煤礦的加速建設(shè)，同時實現(xiàn)對煤礦機(jī)電設(shè)備運行以及煤礦生產(chǎn)安全的更好維護(hù)。

2 煤礦機(jī)電設(shè)備中智能控制技術(shù)的應(yīng)用價值性分析

①優(yōu)化煤礦機(jī)電設(shè)備的整體運行效率。在煤礦機(jī)電設(shè)備中引入智能控制技術(shù)能夠促使煤礦機(jī)電設(shè)備的自我驅(qū)動系統(tǒng)表現(xiàn)出逐步完善的狀態(tài)，支持復(fù)雜任務(wù)的迅速、高質(zhì)量完成，降低煤礦機(jī)電設(shè)備實際運行過程中的故障問題發(fā)生概率、頻率，從而達(dá)到提升煤礦機(jī)電設(shè)備整體運行效率與平穩(wěn)程度的效果。②推動煤礦開采生產(chǎn)效率的持續(xù)提升。通過應(yīng)用智能控制技術(shù)完成對煤礦機(jī)電設(shè)備運行的監(jiān)管與維護(hù)，能夠促使傳統(tǒng)的人工管控操作逐步由自動化、智能化控制所替代，實現(xiàn)運行決策的自動化生成，推動著實際煤礦機(jī)電設(shè)備運行以及煤礦開采生產(chǎn)效率的提高。③促進(jìn)煤礦開采安全風(fēng)險的明顯下降。智能控制技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備運行管理中的應(yīng)用促使設(shè)備自動化監(jiān)管、遠(yuǎn)程管理成為現(xiàn)實，不需要在井下以及工作現(xiàn)場安排更多的工作人員，降低人工巡檢次數(shù)，并逐步實現(xiàn)煤礦機(jī)電設(shè)備運行管理以及井下生產(chǎn)的無人化，因此在提高煤礦開采安全水平方面能夠顯現(xiàn)出較為理想的應(yīng)用優(yōu)勢。

3 煤礦機(jī)電設(shè)備中智能控制技術(shù)的具體應(yīng)用路徑

3.1 智能控制技術(shù)在采煤機(jī)中的應(yīng)用

在智能控制技術(shù)的支持下，采煤機(jī)在實際的礦井開采作業(yè)中能夠通過智能感知和人工遠(yuǎn)程實時干預(yù)，促使“智能+遠(yuǎn)程干預(yù)”這種采煤新方法的建立與落實成為現(xiàn)實，切實做到在礦井開采作業(yè)中“一人巡視、無人操作”的可視化遠(yuǎn)程干預(yù)型智能采煤。同時，基于智能控制技術(shù)的采煤機(jī)還可以實現(xiàn)智能調(diào)高和工作面智能矯直控制技術(shù)，結(jié)合數(shù)據(jù)、視頻、三維虛擬自動推送技術(shù)的利用，為遠(yuǎn)程干預(yù)操作人員構(gòu)建起更加真實的工作環(huán)境，更好實現(xiàn)開采工作的“身臨其境”。

在實際礦井開采作業(yè)期間，相關(guān)工作人員可以根據(jù)生產(chǎn)工藝編制采煤程序，采煤機(jī)按照程序自動割煤，來實現(xiàn)采煤機(jī)記憶割煤+遠(yuǎn)程干預(yù)。當(dāng)支架跟機(jī)自動化功能轉(zhuǎn)入啟動狀態(tài)后，相應(yīng)支架結(jié)構(gòu)可以迅速依托紅外接收器完成對采煤機(jī)實際位置的自動、精準(zhǔn)確定，并結(jié)合預(yù)設(shè)參數(shù)做出一系列動作，包括自動拉架、推溜、收打護(hù)幫板等。依托基于智能控制技術(shù)的采煤機(jī)的應(yīng)用，促使整個礦井開采作業(yè)過程逐步轉(zhuǎn)入全面自動化狀態(tài)，促使井下無人操作逐漸成為現(xiàn)實，只需要在地面安排專業(yè)人員完成生產(chǎn)程序設(shè)定、監(jiān)控及維修，即可實現(xiàn)礦井開采，提升礦井開采作業(yè)安全性以及實際工作效率的同時，避免產(chǎn)生更大的人工成本。

結(jié)合當(dāng)前的生產(chǎn)實踐能夠了解到，通過應(yīng)用基于智能控制技術(shù)的采煤機(jī)展開礦井開采作業(yè)，可以節(jié)約90%以上的人工成本，同時由于相應(yīng)控制系統(tǒng)以及設(shè)備可以進(jìn)行24h 持續(xù)不斷的運行與工作，不需要休息時間，同一天完成的工作量可以達(dá)到人工操作的3倍以上，因此能夠明顯提高煤礦的實際開采量，生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益理想。

3.2 智能控制技術(shù)在通風(fēng)設(shè)備中的應(yīng)用

通風(fēng)設(shè)備是保證煤礦井下作業(yè)人員生命安全的重要機(jī)電設(shè)備，其運行管理以及監(jiān)測工作的展開有著極高的現(xiàn)實價值，直接影響著礦井生產(chǎn)安全。為了確保通風(fēng)設(shè)備能夠在井下生產(chǎn)期間長時間保持在正常穩(wěn)定運行的狀態(tài)，在當(dāng)前的工作實踐中，可以利用智能控制技術(shù)落實對井下通風(fēng)設(shè)備的監(jiān)管，促使在地面監(jiān)測井下風(fēng)門的運行狀態(tài)、遠(yuǎn)程控制風(fēng)門的開啟與關(guān)閉等功能成為現(xiàn)實，以替代安排專業(yè)人員進(jìn)入現(xiàn)場進(jìn)行通風(fēng)設(shè)備運行狀態(tài)的巡視，提升通風(fēng)設(shè)備監(jiān)管工作的智能性。在此過程中，需要綜合利用自動化控制、網(wǎng)絡(luò)通訊、視頻監(jiān)測、智能管控、語音廣播通信等技術(shù)，促使井下風(fēng)門的運行監(jiān)測、智能控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控、語音通話等功能逐步形成，并在實際的通風(fēng)設(shè)備監(jiān)管控制中發(fā)揮出其重要作用，降低通風(fēng)設(shè)備監(jiān)管控制實際工作量，提升工作效率。

在傳統(tǒng)的基于人工巡視的通風(fēng)設(shè)備監(jiān)管控制中，需要安排專業(yè)人員定期對井下各地點風(fēng)門進(jìn)行巡視維護(hù)，風(fēng)門出現(xiàn)故障時需多方逐級傳達(dá)后，巡檢工方可得知情況，而依托基于智能控制技術(shù)的通風(fēng)設(shè)備及其配套監(jiān)管系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠明顯降低人工巡檢工作量，提升通風(fēng)設(shè)備監(jiān)管控制工作的便捷程度。此時，一旦通風(fēng)設(shè)備發(fā)生故障問題或是存在運行異常的現(xiàn)象，配套智能化監(jiān)管系統(tǒng)可以迅速收集現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息并將其傳遞至調(diào)動指揮中心，使值班人員及時掌握故障情況并組織處理，結(jié)合通風(fēng)系統(tǒng)智能化監(jiān)管系統(tǒng)實現(xiàn)對故障診斷程序的遠(yuǎn)程啟動，提升通風(fēng)設(shè)備故障問題處理效率以及質(zhì)量水平，達(dá)到更好維護(hù)礦井生產(chǎn)通風(fēng)設(shè)備運行安全性、平穩(wěn)性的效果。

3.3 智能控制技術(shù)在礦井提升設(shè)備中的應(yīng)用

礦井生產(chǎn)環(huán)境存在著復(fù)雜性明顯的特點，且煤礦開采慣性大、速度快，因此在實際的井下開采生產(chǎn)中，投放提升設(shè)備是必然選擇，其運行狀態(tài)能夠?qū)φ麄€礦井生產(chǎn)的效率、質(zhì)量以及安全水平產(chǎn)生一定的影響，所以必須要著重落實對礦井提升設(shè)備運行的強(qiáng)化管控。通過在礦井提升設(shè)備中引入智能控制技術(shù)就能夠達(dá)到上述目標(biāo)，可以達(dá)到驅(qū)動井下運輸設(shè)備運行穩(wěn)定性提升的效果，實現(xiàn)井下運輸設(shè)備運行監(jiān)測與管理工作的技術(shù)升級。依托雙PLC 完全控制技術(shù)、變頻矢量控制技術(shù)、通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的綜合應(yīng)用，能夠促使井下運輸設(shè)備的運行安全水平以及可靠程度表現(xiàn)出明顯提高的發(fā)展趨勢，促使井下運輸設(shè)備軟啟動、軟停車、連續(xù)平滑調(diào)速等功能成為現(xiàn)實，確保在不同提升工況條件下井下運輸設(shè)備均能夠保持正常運行的狀態(tài)，實現(xiàn)對井下運輸設(shè)備運行效率、管理控制精度的提升，也達(dá)到降低井下運輸設(shè)備實際制動能耗的效果，節(jié)能環(huán)保性更加明顯，也推動著對井下運輸設(shè)備運行的“無人值守”逐步成為現(xiàn)實。

在智能控制技術(shù)的支持下，可以自動實現(xiàn)對井下運輸設(shè)備運行狀態(tài)的檢查與監(jiān)管，迅速定位故障問題或是運行異常發(fā)生位置并落實優(yōu)化處理，實現(xiàn)井下運輸設(shè)備的長期性平穩(wěn)運行；而針對一些難以自動完成處理的故障問題，可以第一時間將現(xiàn)場情況匯報至相關(guān)工作人員，保證及時安排專業(yè)人員高效落實故障處理與井下運輸設(shè)備的檢修，從而達(dá)到更好維護(hù)井下運輸設(shè)備運行平穩(wěn)程度的效果，防止故障問題及其所造成負(fù)面影響的進(jìn)一步擴(kuò)大。同時，依托智能控制技術(shù)在井下運輸設(shè)備中的應(yīng)用，還可以簡化工作流程，降低現(xiàn)實工作壓力，提高井下提升工作效率水平以及質(zhì)量水平。

3.4 智能控制技術(shù)在井下運輸設(shè)備中的應(yīng)用

智能控制技術(shù)在井下運輸設(shè)備中的應(yīng)用促使相應(yīng)機(jī)電設(shè)備的“一鍵啟停”成為現(xiàn)實，支持對井下運輸設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，在提高井下運輸工作效率以及安全水平方面發(fā)揮出較為理想的作用。實踐中，依托環(huán)網(wǎng)與無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線通訊、工作面視頻、工作面智能語音及控制等技術(shù)手段的綜合應(yīng)用，實現(xiàn)對井下運輸設(shè)備遠(yuǎn)距離監(jiān)控與控制的集成，完成對井下運輸設(shè)備實際運行情況的實時性監(jiān)測控制，全面、及時、準(zhǔn)確掌握井下運輸設(shè)備的運行速度、環(huán)境溫度、堆煤情況以及是否發(fā)生運行異常與故障（包括皮帶撕裂、跑偏等），并以此為參考確定井下運輸設(shè)備的運行方案，落實對井下運輸設(shè)備的遠(yuǎn)程啟動或是保護(hù)停車、緊急停車，從而達(dá)到有效規(guī)避井下運輸設(shè)備發(fā)生無效運轉(zhuǎn)或是產(chǎn)生設(shè)備磨損與損壞問題頻繁發(fā)生的效果。同時，在應(yīng)用智能控制技術(shù)落實對井下運輸設(shè)備運行的監(jiān)管時，并不需要定期安排專業(yè)人員深入井下或是生產(chǎn)現(xiàn)場落實設(shè)備管理以及巡視，只需要在地面搭建控制中心并配置值班人員即可，真正意義上實現(xiàn)了對井下運輸設(shè)備運行的遠(yuǎn)程監(jiān)控、監(jiān)管，推動整個煤礦生產(chǎn)工作效率以及智能化水平的提升，有效達(dá)到減少井下運輸設(shè)備運行故障發(fā)生概率的效果，在維護(hù)井下運輸設(shè)備運行以煤礦生產(chǎn)安全平穩(wěn)性方面也發(fā)揮出較為理想的應(yīng)用優(yōu)勢。

3.5 智能控制技術(shù)在礦井生產(chǎn)機(jī)電設(shè)備綜合管理中的應(yīng)用

智能控制技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用促使對所有設(shè)備安全運行的集成化、統(tǒng)一化管理成為現(xiàn)實，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算技術(shù)、數(shù)字孿生技術(shù)、“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+”、現(xiàn)實增強(qiáng)技術(shù)等，驅(qū)動著以“煤礦設(shè)備自動化系統(tǒng)管控云平臺+煤礦智能化綜合解決方案”為核心的智慧煤礦綜合管控平臺（圖1）的搭建，為煤礦機(jī)電設(shè)備的全生命周期管理提供良好的技術(shù)與平臺支持，實現(xiàn)煤礦機(jī)電設(shè)備的運行自動化、運維智能化、故障處理實時化及動態(tài)化、管理運營智能化與數(shù)據(jù)化，驅(qū)動著煤礦生產(chǎn)及管理的智慧化發(fā)展。

圖1 智慧煤礦綜合管控平臺總體方案設(shè)計

對于智慧煤礦綜合管控平臺而言，其煤礦監(jiān)控與自動化系統(tǒng)中的主要通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、壓風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、煤礦排水監(jiān)控系統(tǒng)、煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)、帶式輸送機(jī)運輸監(jiān)控系統(tǒng)、立井提升監(jiān)控系統(tǒng)、斜井提升監(jiān)控系統(tǒng)等21個子系統(tǒng)與22個煤礦安全生產(chǎn)經(jīng)營管理信息子系統(tǒng)、安全管控系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入，實現(xiàn)各個子系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)互通、數(shù)據(jù)共享，打造“智慧煤礦大腦”解決方案，并對外形成標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問接口和通信協(xié)議。在該系統(tǒng)的支持下，煤礦機(jī)電設(shè)備的三維運行監(jiān)控、管網(wǎng)管理可視化、設(shè)備運行過程可視化及應(yīng)急遠(yuǎn)程響應(yīng)成為現(xiàn)實，且在實際的煤礦機(jī)電設(shè)備使用管理階段，能夠確保智能化管理操作貫穿于煤礦機(jī)電設(shè)備使用壽命的全過程，從煤礦機(jī)電設(shè)備的需求申請、采購、使用、備件庫存、檢修、保養(yǎng)、潤滑、三預(yù)報警、故障維修直到設(shè)備淘汰的整個過程中，對煤礦機(jī)電設(shè)備實施全面合理的管理和監(jiān)控。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，該平臺可使煤礦連續(xù)生產(chǎn)保障能力（煤炭產(chǎn)量）提升10%～30%，設(shè)備使用壽命提升30%，人員減少5～10名，設(shè)備保障次生災(zāi)害降低30%。

4 結(jié)束語

自動化、智能化為當(dāng)前以及未來煤礦機(jī)電設(shè)備、煤礦生產(chǎn)的主流發(fā)展趨勢，且在煤礦機(jī)電設(shè)備運行管理以及煤礦生產(chǎn)中應(yīng)用智能控制技術(shù)有著極高的價值性。智能控制技術(shù)的使用優(yōu)勢明顯，支持著采煤機(jī)、通風(fēng)設(shè)備、礦井提升設(shè)備、井下運輸設(shè)備等煤礦機(jī)電設(shè)備運行管控的智能化、自動化建設(shè)，加速推進(jìn)了煤礦機(jī)電設(shè)備運行管理的無人化發(fā)展以及煤礦生產(chǎn)的智能化發(fā)展，為智慧煤礦建設(shè)提供了技術(shù)支持。