自動控制技術(shù)在煤礦開采中的應(yīng)用

于蘭蘭

摘 要：隨著科技的不斷發(fā)展，自動控制技術(shù)廣泛的應(yīng)用到煤礦的生產(chǎn)領(lǐng)域當中，避免了煤礦在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的安全事故。將自動控制技術(shù)引入到煤礦開采系統(tǒng)中，不僅能夠提高生產(chǎn)的安全系統(tǒng)，而且還降低了企業(yè)的投資成本，有效的提高了生產(chǎn)效益和安全效益。本文介紹了自動化控制系統(tǒng)的整體設(shè)計，探討了在煤礦開采中的具體應(yīng)用。（本文原刊于煤礦開采2013年）

關(guān)鍵詞：自動化控制技術(shù)；煤礦控制系統(tǒng)；安全應(yīng)用；煤礦開采

煤礦行業(yè)對安全生產(chǎn)越來越重視。煤礦開采中的自動化控制系統(tǒng)是杜絕煤礦生產(chǎn)安全事故的重要舉措，能夠?qū)碌臓顩r進行及時的監(jiān)控和控制，降低了事故發(fā)生率，提高煤礦生產(chǎn)的安全系數(shù)。但是在目前我國的煤礦開采過程中，大多數(shù)都是人工操作，無法實現(xiàn)動態(tài)的監(jiān)控和控制，所以引入自動控制技術(shù)，能夠有效的提升煤礦生產(chǎn)的安全性，很大程度上改善了系統(tǒng)的管理水平。

1 自動控制技術(shù)對煤礦安全生產(chǎn)的影響

1.1 煤礦安全生產(chǎn)現(xiàn)狀

煤礦事業(yè)是我國主要的能源產(chǎn)業(yè)，所以在促進煤礦事業(yè)的發(fā)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(fā)中仍然有很大的事故發(fā)生，這就暴露出一些問題。我國大多數(shù)的煤礦地質(zhì)條件都比較復(fù)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(xiàn)在的監(jiān)控設(shè)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(yè)中的專業(yè)人才稀缺，從業(yè)人員技能水平不足，隨著信息化的到來，對技術(shù)人員的要求越來越高，然而大多數(shù)企業(yè)缺少采礦的專業(yè)人才，這是企業(yè)面臨的很大難題。對于內(nèi)部的管理也存在明顯的缺陷，在安全、技術(shù)、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(shù)在煤礦開采中使用存在的問題

目前我國機械自動化技術(shù)還處在初始階段，性能過于單一，局部形式的發(fā)展狀況。而在發(fā)達國家的自動化水平明顯比我國略高一籌，在技術(shù)方面普遍實現(xiàn)了智能化、自動化的集成方式。這與企業(yè)自身的管理模式和工藝水平息息相關(guān)，在我國的管理模式比較傳統(tǒng)，局限于舊時的傳統(tǒng)理念，但是在發(fā)達國家已經(jīng)全部實現(xiàn)了計算機管理，而且對人員的管理與生產(chǎn)模式不斷的進行創(chuàng)新。在機械設(shè)計方面，我國依舊處于被動狀態(tài)，不能及時的進行創(chuàng)新研究，設(shè)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(fù)合人才是自動化技術(shù)水平發(fā)展緩慢的主要因素之一，而且在培養(yǎng)機制也沒有創(chuàng)新的發(fā)展，總體來說我國機械自動化技術(shù)水平的發(fā)展空間很大，只有采取創(chuàng)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(shù)水平。

2 煤礦開采中自動控制技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

1、自動化控制系統(tǒng)工作原理

自動化控制系統(tǒng)采用分散檢測、整體控制的方式，在煤礦的生產(chǎn)過程中設(shè)置若干監(jiān)控分站，能夠動態(tài)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(shù)據(jù)通過通信電纜傳輸?shù)矫旱V通風主站上，各監(jiān)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(chǎn)中各項指標的狀況，并根據(jù)煤礦生產(chǎn)的要求制定出相應(yīng)的控制方案，待系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為控制指令時傳達給各分站監(jiān)控中心，在變頻裝置的作用下，實現(xiàn)自動化控制的目的。其原理圖如下：

圖1 自控系統(tǒng)原理圖

系統(tǒng)組成

自動化控制系統(tǒng)主要包括傳感器系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)兩大部分組成。

傳感器系統(tǒng)

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

中央控制系統(tǒng)

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(jié)構(gòu)緊湊、機器自重輕、造價便宜；再加上操作簡便、易于維修等優(yōu)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(diào)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(shè)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(yè)高度，方便煤炭開采作業(yè)的進行。

中央控制系統(tǒng)主要通過微型計算機來實現(xiàn)系統(tǒng)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(tǒng)所分配的任務(wù)。在對自動控制技術(shù)的作用下，達到了精度高、速度快等特點。中央控制系統(tǒng)的主要任務(wù)就是將監(jiān)控站所采集的數(shù)據(jù)信息進行處理，并制定出相應(yīng)的控制方案，根據(jù)實際需求對通風量進行調(diào)控，同時，中央控制系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)報警的功能，具體包括以下幾個方面：①發(fā)出指令傳遞給監(jiān)控站，實現(xiàn)對個分站系統(tǒng)的動態(tài)監(jiān)控。②對各監(jiān)控站的反饋信息進行處理并修改。③根據(jù)系統(tǒng)的需求制定相應(yīng)的控制方案，并轉(zhuǎn)換為控制指令使執(zhí)行機構(gòu)動作。④監(jiān)控設(shè)備在運行中出現(xiàn)異常，能夠及時的報警并啟動相應(yīng)的處理程序。

3 自動控制技術(shù)在煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)中的功能和應(yīng)用

實時的監(jiān)測數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)表的查詢與打印

系統(tǒng)將傳感器采集到的數(shù)據(jù)，主要包括煤礦開采設(shè)備的運行狀況、風壓以及有毒氣體排放等參數(shù)進行動態(tài)的監(jiān)測，然后根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的參數(shù)值相比較，為操作人員提供準確的數(shù)據(jù)參考依據(jù)。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(tǒng)設(shè)置了數(shù)據(jù)報表的功能，在數(shù)據(jù)的傳輸中，能夠?qū)崟r的數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)按照規(guī)定的報表的模式打印出來。數(shù)據(jù)報表中有多種報表的方式可供選擇，根據(jù)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(shù)據(jù)監(jiān)測功能的實現(xiàn)

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(qū)的連續(xù)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(qū)的支撐方面并不存在差異，均是依賴于設(shè)置規(guī)整的煤柱發(fā)揮支撐作用。

繪制趨勢曲線

根據(jù)傳感器采集到的數(shù)據(jù)，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(nèi)采集到的數(shù)據(jù)，整合出來的圖形曲線；歷史曲線就是指對一段時間內(nèi)的數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、匯總。通過曲線能夠直接展現(xiàn)出煤礦開采的生產(chǎn)狀況和其他器件的工作狀況，保證了系統(tǒng)的正常運行。

安全機制的設(shè)置

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

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

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