煤礦自動化技術發展現狀及發展趨勢探討

天地（常州）自動化股份有限公司 鄧 榮

隨著信息化的發展，人類已經進入信息時代，自動化技術呈現出智能化、多功能化等特點。在各個行業都得到了廣泛的應用，我國煤礦行業在20世紀60年代起開始實行自動化，煤礦生產的各個環節都已經實現了機電一體化。應用自動化技術在煤礦企業建立大型、開放的分布式網絡控制系統，可以實現全礦井的檢測、管理、控制一體化，并對生產的各個環節進行自動化控制，利用網絡進行生產的綜合指揮調度及業務運轉，能全面提高煤礦的生產水平。本文結合實際談談煤礦自動化技術發展現狀及發展趨勢。

1.煤礦自動化的發展現狀

煤礦的生產環境惡劣，煤礦行業的自動化水平發展落后于其他行業。隨著煤礦機械的發展，煤炭工業研究的重點之一即為機械自動化，機電一體化的自動化設備被廣泛應用在煤礦生產的各個環節，提高了生產效率和產品質量。目前，自動化在煤礦企業的發展主要表現在以下幾方面：

1.1 采掘機械自動化

隨著計算機技術和傳感器技術的不斷發展進步，國外普遍采用計算機控制采掘機械，進行采煤機、工作面運輸及支架的聯合控制，實現了采煤作業的綜合自動化。另外，計算機一般具有離機操作的功能，可以進行設備的故障診斷和工況檢測。采煤機經歷了從液壓牽引到電牽引，從直流牽引到交流頻電牽引的發展，逐漸向大容量過渡，采用多電機拖動的方式，能使總裝機的功率達到1500kW；大運量、重型化、高強度、高壽命是工作面輸送機的發展方向；液壓支架實現了高壓、大流量供液。掘進機發展到由大型PLC控制，能夠自動化控制、進行故障診治判斷和工況檢查。

上世紀70年代以來，我國綜采機械發展迅速，所采用的設備近90%為國產，且大多采用液壓牽引，最大裝機功率為800kW。目前，上海煤科分院和太遠礦山機械廠、西安煤機廠都研制了電牽引采煤機。我國的采掘機械自動化還處在工作面運輸能力下、過煤量低的起步階段。

1.2 運輸提升的機械自動化

在井下進行主煤的運輸時，國外先進的采煤國采用膠帶運輸的方式，并用高速車、齒輪車、單軋吊及膠輪蓄電池機車等輔助運輸。采用交流變頻調速、SCR-D直流調速進行膠帶運輸。利用計算機進行集中控制和保護、診斷故障，系統具有的保護主要有低俗速、煙霧、跑偏、斷裂、急停、煤位、溫度等。

我國仍以軌道運輸為主進行主煤運輸。20世紀80年代以來，膠帶運輸被逐漸應用到在一些大型礦井和新建礦井中，使用計算機或PLC進行控制，裝備了綜合保護裝置，運用DCS結構與礦井的安全監控系統聯網。采用全數字化控制和IGBT、FFR、GTO等新型電力器件的軌道運輸電機，并研制成功了PLC或計算機控制的“信集團”系統。國外先進采煤國普遍采用全數字SCR—D系統進行礦井提升運輸。隨著變頻交流系統的迅速發展，PLC控制的提升機被廣泛應用，形成了標準產品，實現了提升工況流程控制、安全回路檢測。

1.3 安全監控系統

由于作業條件艱苦，并受到水、火、冒頂、煤塵和瓦斯等自然災害的威脅，煤炭行業發展煤礦自動化設置安全監控系統十分必要。我國自上世紀70年代起，從國外引進先進的安全監控系統和制造技術，經過多年的消化和吸收，已經出現了幾十家生產煤礦安全監控系統的科研和生產單位，包括AL、TF200、KJ系列等監控系統。從系統的結構和計算機應用的角度來說，與國外90年代的水平相當，但傳感器的種類較少、穩定性差、壽命較短，系統維護的工作量大；由于軟件的檔次不夠，缺乏專家的診斷和決策，許多監控系統缺乏可靠性、利用率較低。

2.煤礦自動化的發展趨勢

作為重要的產煤國，煤炭在一次能源中所占的比重較大。煤炭在能源中具有穩固的統治地位，要保持煤炭工業的持續發展，必須依靠科技的力量、不斷進行科技進步。計算機技術的全面應用及其功能的有效全面發揮，將使煤礦系統發生根本性的變化，未來將形成煤礦的“整體監控系統”。

2.1 現場信息自動化控制

過程控制系統的遠控集控要求現場信息的高度集成。儀表技術的智能化、現場總線及工業以太網技術的全面迅速發展，為過程控制系統的現場信息高度集成化提供了基礎。其整體思路是在設備自動化的基礎上，使礦井安全生產的機械化、信息化、網絡化、數字化、自動化成為可能，并實現本地、遠程、移動、固定的立體數字信息化網絡管理系統。通過傳感器對現場信息進行采集實現對現場設備的系統控制，按照主控器指令通過執行機構實現對現場設備的控制，再通過網絡傳輸系統利用各種協議將各個現場控制系統連接，并將獲得的系統信息傳輸到地面的集中監控中心。通過監控軟件（HMI／SCA—DA）和監控中心服務器對礦井內的多有自動化子系統進行集中控制和管理。

2.2 集中控制的全礦井過程自動化

全礦井的過程自動化控制是將先進的采煤作業的過程控制技術引入礦井自動化集中控制中心，采用工業以太網技術和先進的自動化采掘設備，在礦井集中監控中心建設的基礎上，實現企業集控中心對遠程監視、監控和操作礦井關鍵設備的目的。采用統一標準化組態軟件編程，實現各類系統或設備在地面的在線參數化，通過地面支援中心進行遠程診斷，將故障指令下達并通知礦井人員做出及時處理，并對企業內個性資源進行統一的集中調度。煤礦自動化發展的方向是在礦井過程自動化集中控制的基礎上建設企業級過程自動化集中控制中心。它將弱化并取代礦級集控中心，跨礦井實現對過程控制層、基礎設備層、企業各級管理層、安全生產調度曾的集中統一控制，建立企業的數據倉庫，改變原有的額煤礦安全生產模式，實現管控一體化的礦井生產模式。

2.3 煤礦遠程集控中心

煤礦遠程集控中心通過快速的通訊傳輸網和高效的自動控制網，實現對企業多有礦井全生產過程的在線監控和遠程操作。借助中心集控軟件監視礦井內各個設備的運行狀態，進行設別的遠程診斷并調整相關參數。根據設備或系統的故障類型將設備檢修、維護等指令下達給礦井人員，令他們第一時間達到現場并進行故障處理。借助于生產制造的執行系統，調度生產計劃、分析設備監控和各類生產數據。綜合過程動態畫面和實時數據，對作業繼承、設備狀態、現場環境等進行及時反饋，實現生產現場的監視與跟蹤，為企業的安全生產和管理決策提供支撐，發揮自動效能，為企業創造效益。

3.小結

我國煤礦自動化的發展還遠遠落后與世界先進國家的水平，還存在許多有待于研究和解決的問題，需要在實踐中不斷地發展和提高。筆者認為，未來煤礦自動化將向著現場信息自動化控制、煤礦遠程集控中心和集中控制的全礦井過程自動化方向發展。

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