基于煤礦采煤技術(shù)的發(fā)展與采煤自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)踐研究

＊龐 磊

（山西焦煤集團(tuán)西山煤電馬蘭礦 山西 030205）

近些年我國(guó)的煤礦開采事業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)出了騰飛趨勢(shì)，煤礦開采企業(yè)引進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)，向著自動(dòng)化、智能化的方向轉(zhuǎn)型，煤礦開采的質(zhì)量效率大幅度提高，節(jié)約了人工成本投入，提高了開采質(zhì)量、開采效率。在快速發(fā)展的時(shí)期，我國(guó)的社會(huì)生產(chǎn)工業(yè)建設(shè)對(duì)能源的需求量持續(xù)的增長(zhǎng)，煤礦采煤技術(shù)也要隨之升級(jí)，進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，提高煤礦采煤工作的質(zhì)量和效率。面臨著復(fù)雜的采煤環(huán)境，煤礦采煤技術(shù)應(yīng)用有必要向著自動(dòng)化的方向進(jìn)行創(chuàng)新，滿足社會(huì)的煤炭資源需求，在技術(shù)創(chuàng)新中，加強(qiáng)對(duì)能源的開發(fā)有效利用，推動(dòng)我國(guó)社會(huì)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。

1.煤礦采煤技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

煤礦企業(yè)目前正處于快速發(fā)展的階段，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的環(huán)境下，煤炭企業(yè)從內(nèi)部的采煤技術(shù)創(chuàng)新和優(yōu)化著手，改善了煤礦企業(yè)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在持續(xù)的創(chuàng)新中，企業(yè)面臨著激烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，在采煤技術(shù)應(yīng)用的效果方面體現(xiàn)出了不同的差異性。利用采煤技術(shù)，部分企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全機(jī)械建設(shè)的目標(biāo)，采煤的速度快，機(jī)械化水平、自動(dòng)化水平高，還有部分企業(yè)仍舊在人工采煤的方式下進(jìn)行生產(chǎn)，所處的階段較為落后。采煤自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，是對(duì)傳統(tǒng)的技術(shù)弊端進(jìn)行改進(jìn)的一項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新策略，利用采煤自動(dòng)化技術(shù)，可以提高施工質(zhì)量、施工效率，確保采煤工作的穩(wěn)定性，提高開采效率。

目前我國(guó)的煤礦采煤技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展中已經(jīng)引進(jìn)了各種不同類型的機(jī)電設(shè)備，每年我國(guó)的采煤總量達(dá)到了4×105t。我國(guó)的地域遼闊，地質(zhì)條件具有一定的特殊性，部分技術(shù)在某些地區(qū)內(nèi)的應(yīng)用是無法實(shí)現(xiàn)的，例如在地質(zhì)情況較為特殊的區(qū)域內(nèi)，液壓支架電液控制技術(shù)的應(yīng)用就具有局限性。因此在煤礦開采的過程中需要以因地制宜為原則，了解實(shí)際的開采情況、開采需求、地質(zhì)情況，選擇最佳的煤礦采煤技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)資源的開發(fā)和利用，將自動(dòng)化技術(shù)引進(jìn)到煤礦采煤的工作中，提高煤礦采煤的智能化水平，采煤自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)框架見圖1。

圖1 采煤自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)框架圖

在不同的設(shè)備中，用設(shè)備設(shè)施的功能優(yōu)勢(shì)，擴(kuò)大我國(guó)的采煤規(guī)模，改變傳統(tǒng)的人工采煤模式，提高采煤自動(dòng)化水平。監(jiān)控整個(gè)煤礦的生產(chǎn)過程開采細(xì)節(jié)，煤礦開采作業(yè)本身具有一定的危險(xiǎn)性，隨著煤礦開采作業(yè)中深度的逐漸增加，危險(xiǎn)系數(shù)也會(huì)隨之增長(zhǎng)，安全防護(hù)措施是必不可少的。在自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用中，煤礦開采的安全性和穩(wěn)定性研究工作仍舊有待進(jìn)一步的推進(jìn)，以提高生產(chǎn)效率、營(yíng)造良好的生產(chǎn)環(huán)境為目的，開啟新的篇章，推動(dòng)中國(guó)煤礦開采工作的機(jī)械化、智能化發(fā)展[1]。

2.煤礦采煤技術(shù)發(fā)展的原則

(1)性價(jià)比原則

煤礦采煤技術(shù)的發(fā)展和實(shí)踐探索中，從采煤自動(dòng)化的技術(shù)升級(jí)視角，要在采煤技術(shù)發(fā)展方面遵循著性價(jià)比的原則，加強(qiáng)對(duì)采煤技術(shù)的創(chuàng)新優(yōu)化，煤炭行業(yè)作為我國(guó)的傳統(tǒng)行業(yè)、支柱型產(chǎn)業(yè)，在能源開采方面擔(dān)負(fù)著重要的社會(huì)職責(zé)和產(chǎn)業(yè)使命，占據(jù)著社會(huì)關(guān)鍵的地位，具有不可替代的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)。目前在煤礦企業(yè)的建設(shè)和發(fā)展中，由于市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的改變和行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的逐漸加劇，煤炭企業(yè)面臨的壓力也有所提高，為了企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，煤炭企業(yè)需要從綜合考量的視角，對(duì)生產(chǎn)成本和生產(chǎn)利潤(rùn)進(jìn)行整合、分析。

遵循性價(jià)比的原則，提高煤礦企業(yè)的采煤技術(shù)應(yīng)用水平，用具有良好性價(jià)比的采煤技術(shù)，加強(qiáng)采煤技術(shù)的自動(dòng)化升級(jí)和創(chuàng)新，在保證煤礦企業(yè)的生產(chǎn)安全、生產(chǎn)效益的前提下，最大限度的節(jié)約成本，提高煤礦采煤工作的質(zhì)量效率，優(yōu)化開采效益，為企業(yè)創(chuàng)造更高的盈利空間，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、綜合效益最大化的目標(biāo)。

(2)采出率原則

煤礦企業(yè)在發(fā)展過程中，提高采出率，不僅是節(jié)約資源的措施，也是滿足國(guó)家發(fā)展需求的必要戰(zhàn)略決策，煤礦企業(yè)要提高采出率，在采煤技術(shù)的發(fā)展中，遵循著高采出率的原則對(duì)技術(shù)進(jìn)行升級(jí)、應(yīng)用。煤炭資源作為一種必要的社會(huì)能源，具有不可再生性，在傳統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用中，用人工采煤的技術(shù)模式，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益水平是有限的，不僅難以實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最大化，而且還形成了大量的資源浪費(fèi)、成本投入問題，采出率不理想。

在煤礦采煤作業(yè)的過程中，結(jié)合生產(chǎn)目標(biāo)、生產(chǎn)現(xiàn)狀，引進(jìn)采煤自動(dòng)化技術(shù)，需要進(jìn)一步的升級(jí)采煤技術(shù)的應(yīng)用理念，改進(jìn)落后的采煤技術(shù)應(yīng)用形式，對(duì)人工采煤技術(shù)進(jìn)行改造，堅(jiān)持高采出率的原則，防范資源浪費(fèi)，提高煤礦企業(yè)的生產(chǎn)水平，優(yōu)化煤礦采煤的技術(shù)應(yīng)用成果。

(3)安全原則

在煤礦生產(chǎn)中存在著大量的未知因素，因?yàn)槊旱V井下的環(huán)境復(fù)雜程度較高，安全風(fēng)險(xiǎn)大，在未知因素的干擾下，煤礦生產(chǎn)有可能會(huì)形成安全事件問題，引起安全事故。安全問題的嚴(yán)重程度、類型各有不同，但通常都會(huì)對(duì)煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和工作人員的生命安全造成威脅，因此國(guó)家政府部門和煤礦開采企業(yè)，始終對(duì)安全問題是高度重視的態(tài)度。

以人工參與的模式為主，運(yùn)用采煤技術(shù)時(shí)，精確性不足，誤差風(fēng)險(xiǎn)高，安全隱患大，容易出現(xiàn)人員傷亡等安全事故問題，引進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)降低人力資源投入，遵循著安全性的原則，是煤礦采煤技術(shù)發(fā)展的主要方向。在安全性原則下，展開煤礦的采煤活動(dòng)，進(jìn)行安全生產(chǎn)，加強(qiáng)對(duì)煤礦采煤技術(shù)的升級(jí)和創(chuàng)新，以保證人員的生命安全為最終的落腳點(diǎn)，增強(qiáng)煤礦采煤技術(shù)的應(yīng)用水平、應(yīng)用效能，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新的目標(biāo)[2]。

3.煤礦采煤自動(dòng)化技術(shù)的具體應(yīng)用策略

(1)生產(chǎn)環(huán)節(jié)

在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中利用采煤自動(dòng)化技術(shù)，首先需要在生產(chǎn)環(huán)節(jié)的調(diào)研中，了解生產(chǎn)情況，和發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的煤礦技術(shù)水平和先進(jìn)的國(guó)家之間存在著一定的差異性，仍舊還有進(jìn)步的空間、發(fā)展的平臺(tái)。煤礦企業(yè)在生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)過程中，對(duì)于其他國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了借鑒，參照其他國(guó)家在煤礦生產(chǎn)中的優(yōu)秀案例，融合了自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)，提高了機(jī)械化生產(chǎn)水平、生產(chǎn)效益。采煤自動(dòng)化技術(shù)的生產(chǎn)水平較高，在各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，提高了生產(chǎn)質(zhì)量，也帶來了不同程度的問題。在煤礦開采工作中，要以提高生產(chǎn)效率作為最終的目標(biāo)，將采煤自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，推動(dòng)行業(yè)的轉(zhuǎn)型創(chuàng)新。

例如借助無人操作、遠(yuǎn)程控制等自動(dòng)化技術(shù)，需要在明確開采工作行進(jìn)方向的基礎(chǔ)之上，提高整體的采煤機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)效率，增強(qiáng)采煤機(jī)械設(shè)備的負(fù)載性能，提高運(yùn)輸速度，把控運(yùn)輸環(huán)節(jié)的進(jìn)度，確保運(yùn)輸?shù)乃俣冗_(dá)到理想的目標(biāo)，增強(qiáng)采煤工程的生產(chǎn)效率。用自動(dòng)化采集技術(shù)，對(duì)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，上傳到計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)中，在數(shù)據(jù)的分析環(huán)節(jié)，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行分解，合理的運(yùn)用數(shù)據(jù)資源，得出當(dāng)前開采情況的結(jié)論。了解開采情況，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)用，制定可行的煤礦生產(chǎn)計(jì)劃和方案，在不同的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，利用采煤自動(dòng)化技術(shù)提高煤礦作業(yè)的生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)的有機(jī)融合，促進(jìn)煤礦采煤技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)[3]。

(2)自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用

構(gòu)建起自動(dòng)化控制系統(tǒng)，借助先進(jìn)的煤礦采煤技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，要向著智能化的方向展開持續(xù)的探索，發(fā)揮出自動(dòng)化控制系統(tǒng)的功能，在產(chǎn)品自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，采煤設(shè)備是否能夠穩(wěn)定、正常、高效率的運(yùn)轉(zhuǎn)，決定了生產(chǎn)效益。因此利用自動(dòng)化控制技術(shù)的過程中，需要做好實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)控制工作，了解采煤設(shè)備的運(yùn)行情況、生產(chǎn)狀態(tài)，在進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)活動(dòng)的過程中，對(duì)采煤機(jī)的運(yùn)行情況加強(qiáng)監(jiān)管、分析。及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的故障問題，并結(jié)合故障原因、故障的地點(diǎn)、發(fā)出警報(bào)，向相關(guān)的人員傳遞預(yù)警信號(hào)，對(duì)故障隱患問題進(jìn)行在線的分析、診斷，制定可行的故障治理策略。構(gòu)建自動(dòng)化控制系統(tǒng)，在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控的基礎(chǔ)之上，還需要從遠(yuǎn)程監(jiān)控的視角，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況的監(jiān)督管理。

確保設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，提高設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行效益、操作水平，在遠(yuǎn)程控制中利用代碼輸入和特定信號(hào)相結(jié)合的方式，在各種機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行中，實(shí)施全過程、全方位的監(jiān)管工作。綜合開采作業(yè)中，利用到了多種不同類型的機(jī)械設(shè)備，例如控制液壓支架、移動(dòng)液壓支架時(shí)，要將液壓支架放置在準(zhǔn)確的作業(yè)點(diǎn)，指定具體的位置，為后續(xù)的煤炭開采工作創(chuàng)造良好的條件。在煤炭開采的過程中，利用自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以對(duì)采煤的頻率和速度進(jìn)行有效的控制，根據(jù)煤炭的生產(chǎn)條件、實(shí)際環(huán)境和煤炭的質(zhì)量情況，對(duì)采煤的速度進(jìn)行調(diào)整，用遠(yuǎn)程操作的形式，完成有關(guān)的操作，明確壓力點(diǎn)，找到準(zhǔn)確的受力點(diǎn)，提高煤炭開采工作的質(zhì)量[4]。

(3)采煤作業(yè)應(yīng)用

以煤炭開采企業(yè)A為例，該企業(yè)使用的是橫向多電機(jī)布局的模式，在采煤生產(chǎn)中，通過與變頻調(diào)速機(jī)載式、無鏈軌道的連接和牽引，進(jìn)行布局和生產(chǎn)，由雙電纜為煤礦采煤作業(yè)提供電力資源的支持。計(jì)算機(jī)和雙電纜的有機(jī)融合下，可以實(shí)現(xiàn)高效率的操作，提高對(duì)煤礦采煤活動(dòng)的控制效果。目前在該企業(yè)當(dāng)中大多數(shù)的中采設(shè)備都是彼此分離開的，實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立安裝，附屬關(guān)系被切斷，設(shè)備的牽引系統(tǒng)的功能穩(wěn)定性強(qiáng)，可以為煤炭運(yùn)輸提供穩(wěn)定的牽引力支持，采煤工作的適應(yīng)性強(qiáng)，即使地理環(huán)境的平整性不足，也可以提高運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性，保證穩(wěn)定生產(chǎn)。在采煤作業(yè)中運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)時(shí)，第一步就是要在自動(dòng)化設(shè)備的選擇中，確保設(shè)備設(shè)施應(yīng)用的合理性。

選擇自動(dòng)化設(shè)備，是決定采煤作業(yè)質(zhì)量的關(guān)鍵，了解自動(dòng)化綜采設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能特點(diǎn)。在采煤作業(yè)中利用自動(dòng)化技術(shù)時(shí)應(yīng)結(jié)合設(shè)備設(shè)施的具體應(yīng)用情況，對(duì)開采煤層的特點(diǎn)加強(qiáng)了解和掌握，遵循著經(jīng)濟(jì)性的原則，合理的選擇自動(dòng)化技術(shù)和機(jī)械開采設(shè)備。在采煤自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，見圖2，全過程的進(jìn)行在線檢測(cè)傳輸有關(guān)的信息，用人工的方式對(duì)界面進(jìn)行控制，可以對(duì)可能發(fā)生的故障問題進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析，利用監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的生產(chǎn)控制目標(biāo)。例如在不同煤層的采煤工作作業(yè)時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)可以自動(dòng)的調(diào)整系統(tǒng)的生產(chǎn)模式，根據(jù)對(duì)煤層硬度的分析，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的調(diào)整，智能判斷應(yīng)急問題[5]。

圖2 采煤自動(dòng)化控制系統(tǒng)

(4)引進(jìn)自動(dòng)化監(jiān)控設(shè)備

在利用自動(dòng)化監(jiān)控設(shè)備的環(huán)節(jié)，PLC技術(shù)是應(yīng)用最為廣泛的一項(xiàng)技術(shù)手段，PLC技術(shù)的應(yīng)用下，自動(dòng)化監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行不僅可以共享信息，而且處于協(xié)調(diào)運(yùn)行的狀態(tài)下，機(jī)械設(shè)備的管理水平較高。PLC技術(shù)具有先進(jìn)性、智能性，在監(jiān)控操作的過程中，PLC技術(shù)的應(yīng)用體現(xiàn)出了較強(qiáng)的可行性優(yōu)勢(shì)，PLC技術(shù)的應(yīng)用過程中，人員堅(jiān)守崗位的模式得到改造，利用智能化設(shè)備代替人工操作的形式，降低了人力資源的成本投入，減輕了人員的工作壓力，保障了人員的人身安全，創(chuàng)建起了安全、穩(wěn)定的生產(chǎn)環(huán)境。

構(gòu)建自動(dòng)化控制系統(tǒng)的過程中，利用信息化技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集、分析，了解數(shù)據(jù)信息的收集情況，對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的傳輸穩(wěn)定性加強(qiáng)把握，保證各項(xiàng)運(yùn)行環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性，處于正常的操作狀態(tài)下，再進(jìn)行后續(xù)的編程工作。PLC技術(shù)的應(yīng)用在編程過程中，發(fā)揮了智能化的功能，結(jié)束了編程之后，PLC技術(shù)的支持下，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出信息指令，形成自動(dòng)化運(yùn)行的模式和效果，增強(qiáng)了自動(dòng)化運(yùn)行、一體化運(yùn)行的效能。該過程中，對(duì)設(shè)備運(yùn)行過程中存在的隱患問題、故障問題進(jìn)行監(jiān)管時(shí)，自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障、排除故障，優(yōu)化設(shè)備的應(yīng)用價(jià)值，為企業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益[6]。

4.結(jié)論

綜上所述，我國(guó)社會(huì)在建設(shè)和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)水平持續(xù)提高，社會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)中對(duì)于能源的需求量有所增長(zhǎng)，煤礦開采行業(yè)在發(fā)展中要把握關(guān)鍵的戰(zhàn)略決策主線，對(duì)社會(huì)的煤炭資源需求加強(qiáng)把握，結(jié)合影響煤礦開采質(zhì)量和效率的各項(xiàng)因素，把握煤礦采煤技術(shù)的發(fā)展原則，將自動(dòng)化的理念運(yùn)用到采煤技術(shù)的應(yīng)用中，提高開采效率，不斷地改進(jìn)落后的局面，增強(qiáng)煤礦采煤技術(shù)的創(chuàng)新競(jìng)爭(zhēng)力。