淺談煤礦開采中機(jī)械自動化技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展

闞玉華

（安徽恒源煤電股份有限公司任樓煤礦，安徽 淮北 235123）

煤礦行業(yè)開采過程中，安全性和穩(wěn)定性是基本原則，近年來，結(jié)合整體資源需求分析，煤炭資源盡管在清潔性和環(huán)保等方面存在明顯弊端，但出于成本和技術(shù)成熟度等綜合性思考，仍占據(jù)能源市場大量份額，基于此，關(guān)于煤礦開采的技術(shù)研究和質(zhì)量優(yōu)化策略研究仍受研究人員關(guān)注，且為了貼合新時(shí)期節(jié)能環(huán)保主題，還深入探索降低不必要損耗、提升開采效率的可行路徑，而將機(jī)械自動化技術(shù)融入煤礦開采中，簡化人工操作步驟，實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動化技術(shù)全覆蓋，是實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的可行策略，在此種背景下，探索機(jī)械自動化在煤礦開采中的應(yīng)用和未來發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 煤礦開采以及機(jī)械自動化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 煤礦開采的發(fā)展現(xiàn)狀

自從改革開放后，基于我國工業(yè)發(fā)展需求，煤礦資源一直是關(guān)注重點(diǎn)，對煤炭的需求量逐漸增加，隨著我國各領(lǐng)域發(fā)展日益完善，關(guān)于煤炭資源開采效率低下及開采質(zhì)量較弱等問題愈發(fā)受到關(guān)注，再加上環(huán)境保護(hù)、綠色發(fā)展等目標(biāo)的提出，煤炭資源使用過程中存在的弊端暴露更加明顯，上述幾點(diǎn)問題成為制約煤炭行業(yè)發(fā)展的桎梏。

在經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的背景下，煤炭行業(yè)不斷進(jìn)行變革，推動行業(yè)發(fā)展方向轉(zhuǎn)變，但從實(shí)際效果來看，與發(fā)達(dá)國家存在明顯差距。以煤礦開采為例，我國自主采煤技術(shù)與國際發(fā)達(dá)國家難以匹敵，之間差異主要集中在以下4點(diǎn)內(nèi)容：（1）亂挖亂采問題仍較為顯著。由于法律體系不完善、政府監(jiān)管存在漏洞等制約，部分區(qū)域仍存在為了追求經(jīng)濟(jì)效益，私下準(zhǔn)許非法煤礦開采活動存在，過度開采使得當(dāng)?shù)氐拿禾抠Y源大幅度下降，再加上非法開采多半技術(shù)水平不到位，管理維護(hù)存在短板，勢必會導(dǎo)致煤炭資源浪費(fèi)問題存在，長此以往，很容易出現(xiàn)區(qū)域性沒他資源短缺問題，而部分區(qū)域出現(xiàn)煤炭資源短缺，市場價(jià)格會隨之出現(xiàn)波動，吸引更多非法開采者私下挖掘開采，形成惡性循環(huán)，這不僅加大了安全危險(xiǎn)系數(shù)，也對我國煤礦資源造成了難以彌補(bǔ)的損害。（2）煤礦開采工作人員專業(yè)性不足。從實(shí)際情況來看，大多數(shù)從事煤礦開采的工作人員受教育水平低下，根本不具備專業(yè)知識及安全意識，在實(shí)際工作時(shí)，很難生成安全意識、責(zé)任意識和持續(xù)化發(fā)展意識，此時(shí)浪費(fèi)嚴(yán)重、開采不規(guī)范等現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，再加上監(jiān)管不足，很容易存在安全隱患。（3）技術(shù)創(chuàng)新水平相對較差。當(dāng)前，我國自主研發(fā)的開采工作研發(fā)水平與國外先進(jìn)水準(zhǔn)存在差距，很多設(shè)備和技術(shù)更多是從國外引進(jìn)過來的，難以完全契合我國開采需求，盡管持續(xù)化推動采煤工藝研發(fā)實(shí)踐、創(chuàng)新優(yōu)化，并推動相關(guān)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)持續(xù)化革新，但較實(shí)現(xiàn)理想目標(biāo)仍有很長的一段路要走。（4）環(huán)保理念、節(jié)能意識不足。從環(huán)保角度分析，當(dāng)前我國煤礦開采中綠色發(fā)展理念融合應(yīng)用不足，很多企業(yè)此方面研發(fā)較弱，其中智能化綠色開采和清潔高效應(yīng)用煤炭是探索主要方向，我國在此方面還有很大的進(jìn)步空間。

1.2 煤礦開采機(jī)械自動化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

社會進(jìn)步離不開經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)革新，而經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展也無法脫離技術(shù)支持。我國發(fā)展過程中，工業(yè)一直是重要支柱型產(chǎn)業(yè)，工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)是動力能源，一直以來，煤炭都是最常用能源，基于此，煤礦的開采效率和質(zhì)量是大眾關(guān)注焦點(diǎn)，也是影響煤礦行業(yè)、工業(yè)發(fā)展的重要因素。隨著技術(shù)研發(fā)成果持續(xù)化推陳出新，越來越多的新技術(shù)為行業(yè)進(jìn)步奠定了基礎(chǔ)。新時(shí)期機(jī)械化、自動化、智能化成為發(fā)展主題，這也為煤炭開采指明了新方向，大量的先進(jìn)技術(shù)融入煤礦開采工作中，機(jī)械自動化煤礦開采成為研究核心，傳統(tǒng)的手工作業(yè)模式被替代是必然趨勢。

在長達(dá)多年的研究探索中，我國在此領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定的成果。盡管與國外煤礦機(jī)械自動化開采技術(shù)成熟國家相比處于弱勢地位，技術(shù)手段落實(shí)、創(chuàng)新性不足、應(yīng)用范圍狹窄等問題較為明顯，為了保證開采質(zhì)量和提升效率，引進(jìn)國外先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)極為常見。同時(shí)，我國在人才建設(shè)方面即管理方面也存在短板，當(dāng)前高端創(chuàng)新型研發(fā)人員匱乏、扎實(shí)掌握管理理念及機(jī)械自動化發(fā)展理念的管理人才缺口大問題較為顯著，我國從多方面構(gòu)建完善的人才培養(yǎng)體系，培養(yǎng)人員創(chuàng)新意識，相信在不遠(yuǎn)的將來，我國在機(jī)械自動化開采領(lǐng)域會擁有更多的綜合型人才，為智能化煤礦開采建設(shè)提供支持。

2 煤礦開采中機(jī)械自動化技術(shù)的應(yīng)用

結(jié)合上文對當(dāng)前我國煤礦開采和機(jī)械自動化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行詳細(xì)分析，對當(dāng)前煤礦行業(yè)機(jī)械自動化發(fā)展水平有力較為全面的認(rèn)識。具體來看，煤礦綜采技術(shù)是實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動化開采的最直觀體現(xiàn)，在此以煤礦綜采技術(shù)為基礎(chǔ)分析具體應(yīng)用過程。

2.1 裝煤自動化

綜采工作面中大量應(yīng)用現(xiàn)代化技術(shù)，其中刮板輸送機(jī)是核心，其是實(shí)現(xiàn)裝煤機(jī)械自動化的關(guān)鍵。該設(shè)備的應(yīng)用充分發(fā)揮機(jī)械優(yōu)勢，不僅加強(qiáng)了安全防護(hù)，還有效提升了開采效率。運(yùn)行過程中，開啟刮板運(yùn)輸機(jī)，利用自動化系統(tǒng)在采煤機(jī)之間構(gòu)建信息共享通路，使得刮板輸送機(jī)自動跟隨采煤機(jī)運(yùn)動，此時(shí)無須借助人力干預(yù)便可以實(shí)現(xiàn)自動化采煤裝煤工序。但需要注意，應(yīng)用時(shí)保證刮板輸送機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行是基礎(chǔ)，只有維持機(jī)械正常運(yùn)轉(zhuǎn)，才能實(shí)現(xiàn)自動化裝煤，如果機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障，首要任務(wù)就是停機(jī)停產(chǎn)，然后安排專人進(jìn)行系統(tǒng)性檢查維護(hù)，最后確定故障位置、產(chǎn)生來源及解決方案，維修完成之后，檢驗(yàn)無誤后才能繼續(xù)開展生產(chǎn)作業(yè)。一般情況下，刮板輸送機(jī)最容易出現(xiàn)問題的位置是鏈條牽引連接部位，一般情況下，為了保證刮板輸送機(jī)的工作效率，其鏈條抗壓能力極強(qiáng)，可有效抵御煤巖塊體的沖擊等外力作用，很難出現(xiàn)問題，更多的是連接部位出現(xiàn)磨損，所以日常定期做好維護(hù)保養(yǎng)有積極作用。

2.2 運(yùn)煤自動化

運(yùn)煤自動化已經(jīng)在機(jī)械設(shè)備及先進(jìn)技術(shù)支持下成為現(xiàn)實(shí)。當(dāng)前，煤礦巷道中常見的皮帶運(yùn)輸機(jī)就是支持運(yùn)煤自動化的關(guān)鍵設(shè)備。皮帶運(yùn)輸機(jī)是一種柔性運(yùn)輸設(shè)備，其在地下運(yùn)輸中具有難以比擬的優(yōu)勢，其中運(yùn)輸能力強(qiáng)、長時(shí)間運(yùn)輸、長距離運(yùn)輸?shù)染秋@著特點(diǎn)。同時(shí)，皮帶運(yùn)輸機(jī)還具備安裝方便、簡單省力的優(yōu)點(diǎn)，可在短時(shí)間內(nèi)基于現(xiàn)場具體需求完成安裝并投入使用，使用場景廣泛。在應(yīng)用過程中，依靠電機(jī)發(fā)揮效用，為設(shè)備提供動力，拖動皮帶按照一定方向運(yùn)動，此時(shí)，結(jié)合具體需求，科學(xué)調(diào)整皮帶寬度和機(jī)械運(yùn)輸效率便可輕松實(shí)現(xiàn)自動化運(yùn)煤目標(biāo)。除此之外，隨著新時(shí)期自動化技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破，PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）得到了大面積應(yīng)用，利用PLC實(shí)現(xiàn)自由化編程，從而對皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行過程實(shí)現(xiàn)全覆蓋式管控，可以為設(shè)備安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行夯實(shí)基礎(chǔ)。

2.3 支護(hù)自動化

煤礦開采過程中頂板支護(hù)管理自動化也是一項(xiàng)重點(diǎn)研發(fā)內(nèi)容，隨著綜采技術(shù)的出現(xiàn)，在綜采工作面下，可借助機(jī)械實(shí)現(xiàn)自動化支護(hù)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，發(fā)揮液壓支架的性能優(yōu)勢，圍繞液壓支架的基本工作原理，科學(xué)調(diào)控液壓支架的運(yùn)動動作，實(shí)現(xiàn)“降架—移架—升架”過程自動化操控，這是自動化支護(hù)的基礎(chǔ)。因此，在煤礦開采工作中，利用自動化系統(tǒng)在采煤機(jī)和液壓支架之間構(gòu)建信息通路，構(gòu)建電液控制系統(tǒng)，預(yù)先結(jié)合開采工作具體步驟設(shè)定參數(shù)，例如，在回采完成時(shí)，依靠電液控制系統(tǒng)發(fā)出指令，控制液壓支架降架，并指引采煤機(jī)帶動液壓支架向前移動到新開采為主，到達(dá)指定位置后，電液控制系統(tǒng)暫停采煤機(jī)動作，激發(fā)液壓支架升架，按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)完成后，傳達(dá)信號給電液控制系統(tǒng)，系統(tǒng)向采煤機(jī)傳達(dá)工作指令，此時(shí)可繼續(xù)進(jìn)行開采工作，之后重復(fù)性進(jìn)行上述步驟，可實(shí)現(xiàn)自動化支護(hù)控制。上述方案依靠機(jī)械自動化技術(shù)取代人工拖移機(jī)械設(shè)備，這對于大幅度提高工作效率、保證人員安全提供了支持。

3 煤礦開采中機(jī)械自動化技術(shù)未來發(fā)展分析

結(jié)合上文對煤礦開采中機(jī)械自動化技術(shù)應(yīng)用的研究，可對未來發(fā)展方向有一定的了解，新時(shí)期煤炭行業(yè)發(fā)展，如表1所示，在此結(jié)合現(xiàn)狀和實(shí)際應(yīng)用情況，對煤礦開采機(jī)械自動化技術(shù)的未來發(fā)展提出2點(diǎn)意見。

表1 新時(shí)期煤炭行業(yè)發(fā)展過程總結(jié)

3.1 越來越多的現(xiàn)代化技術(shù)融入其中，推動智能化水平提升

目前，機(jī)械自動化應(yīng)用主要集中在機(jī)械聯(lián)合應(yīng)用、自動化控制系統(tǒng)研發(fā)兩方面，結(jié)合我國技術(shù)研發(fā)水平來看，很多新技術(shù)存在與煤礦開采聯(lián)合應(yīng)用的可能，例如，煤與瓦斯協(xié)調(diào)開采技術(shù)、人工智能等，都是未來發(fā)展的可行方向。從此方向來看，促使煤礦企業(yè)更好地將機(jī)械自動化和現(xiàn)代化技術(shù)融入其中是發(fā)展的必然趨勢。

3.2 將綜合采煤遠(yuǎn)程監(jiān)控和專家診斷系統(tǒng)融入其中

煤礦開采過程中，將遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)和專家針對系統(tǒng)融入其中，可有效提升煤礦開采工作效率和延長設(shè)備使用壽命。上述兩個系統(tǒng)已經(jīng)在煤炭行業(yè)中發(fā)揮效用，例如，井下皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)中利用遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)現(xiàn)自動化運(yùn)輸管理，簡化人工管理步驟，規(guī)避人為失誤的可能。而專家診斷系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用愈加廣泛，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)，構(gòu)建信息庫，實(shí)現(xiàn)多元化、流暢信息自動化收集、共享及分析，可為智能化管控診斷夯實(shí)基礎(chǔ)。但專家診斷系統(tǒng)在煤礦開采中應(yīng)用較少，憑借其優(yōu)勢，在未來將大面積應(yīng)用在煤礦開采工作中，依靠上述系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)故障遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能診斷及自動化分析處理，對助力采煤工作向自動化方向發(fā)展提供助力。

4 結(jié)語

綜合來看，本文從實(shí)際出發(fā)，全面分析當(dāng)前我國機(jī)械自動化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和煤礦開采工作現(xiàn)狀，并從技術(shù)角度探究我國煤礦開采中機(jī)械自動化技術(shù)應(yīng)用情況，按照裝煤自動化、運(yùn)煤自動化和支護(hù)自動化三方面進(jìn)行分析，最后結(jié)合當(dāng)前現(xiàn)狀和應(yīng)用情況，對煤礦開采工作未來發(fā)展提出兩點(diǎn)個人看法，希望本文的研究，可為我國煤礦產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步向自動化、智能化方向發(fā)展提供參考。