自動控制技術在煤礦開采中的應用

于蘭蘭

摘 要：隨著科技的不斷發展，自動控制技術廣泛的應用到煤礦的生產領域當中，避免了煤礦在生產過程中出現的安全事故。將自動控制技術引入到煤礦開采系統中，不僅能夠提高生產的安全系統，而且還降低了企業的投資成本，有效的提高了生產效益和安全效益。本文介紹了自動化控制系統的整體設計，探討了在煤礦開采中的具體應用。（本文原刊于煤礦開采2013年）

關鍵詞：自動化控制技術；煤礦控制系統；安全應用；煤礦開采

煤礦行業對安全生產越來越重視。煤礦開采中的自動化控制系統是杜絕煤礦生產安全事故的重要舉措，能夠對井下的狀況進行及時的監控和控制，降低了事故發生率，提高煤礦生產的安全系數。但是在目前我國的煤礦開采過程中，大多數都是人工操作，無法實現動態的監控和控制，所以引入自動控制技術，能夠有效的提升煤礦生產的安全性，很大程度上改善了系統的管理水平。

1 自動控制技術對煤礦安全生產的影響

1.1 煤礦安全生產現狀

煤礦事業是我國主要的能源產業，所以在促進煤礦事業的發展的前提下一定要提高安全防護措施，采用強化管理、改善科技等手段進行煤礦安全管理的治理整頓。但是在目前的礦井開發中仍然有很大的事故發生，這就暴露出一些問題。我國大多數的煤礦地質條件都比較復雜，施工難度大，很容易帶來安全隱患，管理手段也不是很先進，對于沖擊地壓、瓦斯防治等都不能及時的處理，加上現在的監控設備很落后，導致安全管理科技停滯不前，不能夠提供正確的管理以及安全保障。在礦井事業中的專業人才稀缺，從業人員技能水平不足，隨著信息化的到來，對技術人員的要求越來越高，然而大多數企業缺少采礦的專業人才，這是企業面臨的很大難題。對于內部的管理也存在明顯的缺陷，在安全、技術、資源等管理上有嚴重的缺乏，這對于礦井的安全管理帶來很大的隱患。

1.2 自動控制技術在煤礦開采中使用存在的問題

目前我國機械自動化技術還處在初始階段，性能過于單一，局部形式的發展狀況。而在發達國家的自動化水平明顯比我國略高一籌，在技術方面普遍實現了智能化、自動化的集成方式。這與企業自身的管理模式和工藝水平息息相關，在我國的管理模式比較傳統，局限于舊時的傳統理念，但是在發達國家已經全部實現了計算機管理，而且對人員的管理與生產模式不斷的進行創新。在機械設計方面，我國依舊處于被動狀態，不能及時的進行創新研究，設計水平進步緩慢，這也是源于對人才管理的疏忽，缺少綜合性復合人才是自動化技術水平發展緩慢的主要因素之一，而且在培養機制也沒有創新的發展，總體來說我國機械自動化技術水平的發展空間很大，只有采取創新的管理模式和育人機制，才能最大程度上提升我國自動化技術水平。

2 煤礦開采中自動控制技術的系統構成及工作原理

1、自動化控制系統工作原理

自動化控制系統采用分散檢測、整體控制的方式，在煤礦的生產過程中設置若干監控分站，能夠動態的檢測煤礦的風量、溫度以及有毒氣體的含量，然后將檢測的數據通過通信電纜傳輸到煤礦通風主站上，各監測分站的信息也匯集到主站進行集中管理，最后通過計算，得出煤礦安全生產中各項指標的狀況，并根據煤礦生產的要求制定出相應的控制方案，待系統轉化為控制指令時傳達給各分站監控中心，在變頻裝置的作用下，實現自動化控制的目的。其原理圖如下：

圖1 自控系統原理圖

系統組成

自動化控制系統主要包括傳感器系統、中央控制系統兩大部分組成。

傳感器系統

自動化系統中要接收不同的監控數據和指令，傳輸多路信號有兩種方式，一種是時分制，是根據時序的不同傳送不同的信號；另一種是頻分制，信號的發送根據自身的頻率而定，不會出現混淆的情況，由于這種電路的構成比較簡單，出現的故障次數少，所以在實際應用中要大力推廣。在頻分制系統中，采用了載頻器對信號進行接收和傳送，信號的傳輸介質為500V以下的動力傳輸線，能夠動態的監控巷道中各性能指標。

中央控制系統

對于利用輪斗挖掘機進行開采一般有三種開采工藝作為選擇，特大型、普通型以及緊湊型輪斗挖掘機。但因為緊湊型輪斗挖掘機的斗輪比較短，容易進行變幅工作的操作，以及其機器結構緊湊、機器自重輕、造價便宜；再加上操作簡便、易于維修等優點，我國煤礦開采工作一般選擇緊湊型輪斗挖掘機進行。此外，最為重要的是緊湊型的輪斗挖掘機其半徑以及卸載的半徑長度較短，調幅方式也采用液壓缸式。對于其移動方面也采用最為簡便的雙履帶的走行式，此外，該設備的平衡架位位于機體底部并采用法蘭盤相連接，這大大的降低了帶機體的作業高度，方便煤炭開采作業的進行。

中央控制系統主要通過微型計算機來實現系統的功能，由于微型計算機的接口多，而且擴散能力強，能夠完成系統所分配的任務。在對自動控制技術的作用下，達到了精度高、速度快等特點。中央控制系統的主要任務就是將監控站所采集的數據信息進行處理，并制定出相應的控制方案，根據實際需求對通風量進行調控，同時，中央控制系統還能夠實現報警的功能，具體包括以下幾個方面：①發出指令傳遞給監控站，實現對個分站系統的動態監控。②對各監控站的反饋信息進行處理并修改。③根據系統的需求制定相應的控制方案，并轉換為控制指令使執行機構動作。④監控設備在運行中出現異常，能夠及時的報警并啟動相應的處理程序。

3 自動控制技術在煤礦生產系統中的功能和應用

實時的監測數據，進行數據表的查詢與打印

系統將傳感器采集到的數據，主要包括煤礦開采設備的運行狀況、風壓以及有毒氣體排放等參數進行動態的監測，然后根據系統設定的參數值相比較，為操作人員提供準確的數據參考依據。為了方便操作人員的更加直觀的看到煤礦開采的工作狀況，自動控制的系統設置了數據報表的功能，在數據的傳輸中，能夠將實時的數據與歷史數據按照規定的報表的模式打印出來。數據報表中有多種報表的方式可供選擇，根據工作人員的需求選擇報表的方式，提供了很大的便捷。

圖2 數據監測功能的實現

頂板管理主要需要考慮有履帶行走式液壓支架掩護以及無履帶行走式液壓支架掩護兩種情況。其中，在有履帶行走式液壓支架掩護的情況下，對于位于采空區的連續采煤機切割死角位置的煤柱無法回收，除此之外，對于煤房中的絕大所述的煤柱都是可以回收的，單純依賴遺留下來的煤柱不足以起到頂板支撐的作用，所以，在實踐中頂板直接頂是隨著開采的進展而隨時冒出的，老頂則將會在滯后一定時間后安全垮落。頂板管理所采取的是全部垮落法；對于無履帶行走式液壓支架的情況，單翼煤柱回收法與雙翼煤柱回收法在采空區的支撐方面并不存在差異，均是依賴于設置規整的煤柱發揮支撐作用。

繪制趨勢曲線

根據傳感器采集到的數據，可以通過圖形的方式表示出來，通過圖形可以看到各模擬量的變化情況，在圖形上可以描繪出實時曲線和歷史曲線。實時曲線就是指傳感器在一段時間內采集到的數據，整合出來的圖形曲線；歷史曲線就是指對一段時間內的數據的統計、匯總。通過曲線能夠直接展現出煤礦開采的生產狀況和其他器件的工作狀況，保證了系統的正常運行。

安全機制的設置

在系統中設置了不同等級的安全級別，同時對操作人員也設置了不同的權限，比如在安全分析人員只能夠在權限的范圍之內查看警報信息和報表的情況，其他的數據不能查詢。在不同級別的操作人員上設定了不同的密碼等級，當操作人員的等級達到相應的權限時，才能夠控制相應的區域，對于沒有權限的操作系統直接拒絕，在很大程度上提升了系統的安全可靠性。

總而言之，自動控制系統在煤礦開采中的應用，通過在監控單元和控制單元的作用下，實現了對煤礦設備運行狀況以及各項安全指標的動態監控，保證了煤礦的安全、可靠的生產。對突發情況及時的處理，實現了無人值班，很大程度上提升了煤礦系統的安全性，降低了煤礦開采過程中的資金投入，給企業帶來更多的經濟效益。（本文原刊于煤礦開采2013年）

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