淺析傳感器在煤礦機(jī)電一體化中的運(yùn)用

楚曉光

[摘 要]在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的過(guò)程中，煤炭資源的開(kāi)采量及需求量一直持穩(wěn)步上升的態(tài)勢(shì)，但在開(kāi)發(fā)采集煤炭資源時(shí)如因操作不當(dāng)則會(huì)引發(fā)一系列嚴(yán)重事故，造成重大人員傷亡及資金財(cái)產(chǎn)損失等問(wèn)題。而運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)，不僅可以有效規(guī)避事故發(fā)生，保障開(kāi)采過(guò)程中井下礦工的人身安全，還可以提高煤炭開(kāi)采量。傳感器則作為機(jī)電一體化技術(shù)中最重要的“眼睛”，本文就現(xiàn)階段我國(guó)國(guó)內(nèi)煤礦施工狀況，對(duì)于傳感器在煤礦機(jī)電一體化中如何運(yùn)用進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

[關(guān)鍵詞]傳感器 機(jī)電一體化 運(yùn)用 煤礦開(kāi)采

中圖分類(lèi)號(hào)：TD67 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）13-0018-01

假如把完整系統(tǒng)的煤礦機(jī)電一體化開(kāi)采技術(shù)擬人化，那傳感器在機(jī)電一體化中擔(dān)任的角色相當(dāng)于我們?nèi)祟?lèi)的眼睛，是煤礦機(jī)電一體化的感官系統(tǒng)。因?yàn)樗粌H能像眼睛一樣快速獲取信息，而且它比人類(lèi)眼睛更為優(yōu)秀的是能在高溫高強(qiáng)度的環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)，并能將其探測(cè)到的外界信息傳遞給系統(tǒng)或其他裝置[1]。對(duì)此，如何在煤礦機(jī)電一體化開(kāi)采中運(yùn)用好傳感器，對(duì)于所有煤礦開(kāi)采企業(yè)，都是重中之重。

1.傳感器的概述

1.1 傳感器的概念

傳感器是一種在使用煤礦開(kāi)采機(jī)電一體化過(guò)程中能夠有效檢測(cè)出一切外界干擾信號(hào)并自動(dòng)傳輸回系統(tǒng)或其他裝置的特殊物理裝置設(shè)備。外界干擾信號(hào)一般包括：開(kāi)采時(shí)物理準(zhǔn)備條件、開(kāi)采時(shí)采集到的化學(xué)組成成分及同時(shí)接受到的外界信息等等。

隨著煤炭資源的需求量的加大，傳感器因在煤礦機(jī)電一體化開(kāi)采中占有著的重要作用，人們對(duì)它的信賴(lài)程度也在逐年上升。如何運(yùn)用好傳感器技術(shù)，如何在一切外界干擾信號(hào)中準(zhǔn)確迅速的分辨出各類(lèi)信息信號(hào)，從而確保在煤炭開(kāi)采、井下施工及生產(chǎn)的順利開(kāi)展。

1.2 傳感器在我國(guó)煤礦機(jī)電一體化開(kāi)采中的現(xiàn)狀及發(fā)展

放眼世界，傳感器在煤礦機(jī)電一體化開(kāi)采系統(tǒng)中的技術(shù)已經(jīng)取得了一定的成績(jī)。而對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)，在進(jìn)入21世紀(jì)以后，我國(guó)不止在煤炭工業(yè)發(fā)展迅猛，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，我國(guó)的煤炭產(chǎn)量已居于世紀(jì)第一位，是當(dāng)之無(wú)愧的煤炭生產(chǎn)大國(guó)。

雖然我國(guó)現(xiàn)今的煤炭工業(yè)已經(jīng)具備了成熟的設(shè)計(jì)、施工、裝備及管理能力，但是我國(guó)煤炭開(kāi)采技術(shù)裝備的總體水平并不高，全國(guó)煤礦非機(jī)械化采煤率高達(dá)40%，煤炭開(kāi)采生產(chǎn)加工技術(shù)裝備由機(jī)械化、部分機(jī)械化和手工作業(yè)并存的多層次結(jié)構(gòu)。大中型國(guó)有重點(diǎn)煤礦裝備水平比較先進(jìn)，但設(shè)備總體老化程度較大，小型礦井開(kāi)采生產(chǎn)技術(shù)裝備水平低，煤礦開(kāi)采生產(chǎn)工藝落后，作業(yè)人員過(guò)多、效率低下。

如何普及高效率機(jī)械化科學(xué)化采煤，如何引導(dǎo)傳感器在機(jī)電一體化技術(shù)中發(fā)展，這都需要廣大的煤炭企業(yè)、相關(guān)技術(shù)人員以及相關(guān)政府部門(mén)的群策群力。

首先企業(yè)可不斷完善傳感器的前期設(shè)計(jì)及后期材料研究。企業(yè)技術(shù)人員不僅可以從根源上完善傳感器的設(shè)計(jì)方案，提高傳感器的精確程度及敏感程度，還可以不斷突破化研究適合傳感器的新型材料，例如：敏感度更強(qiáng)、適應(yīng)力更廣；其次可將當(dāng)前傳感器得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的整合分析，例如：當(dāng)前傳感器所能感受的信號(hào)波長(zhǎng)按照其感受的對(duì)象，進(jìn)行分離分類(lèi)；最后，則需要相關(guān)政府部門(mén)及企業(yè)技術(shù)部門(mén)通力合作，讓傳統(tǒng)單一的煤礦機(jī)電一體化開(kāi)采技術(shù)走向數(shù)字智能化，讓煤礦機(jī)電一體化開(kāi)采技術(shù)普及下去，以滿足我國(guó)對(duì)于機(jī)械化采煤的需求。

2.傳感器在煤礦機(jī)電一體化開(kāi)采中的運(yùn)用

2.1 傳感器在煤礦開(kāi)采機(jī)器人中的運(yùn)用

因煤礦開(kāi)采工種的特殊性，煤礦井下作業(yè)具有較高的危險(xiǎn)性，為了保障井下工作人員的人身安全及施工安全，為了避免人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失，為此通過(guò)機(jī)器人代替人工作業(yè)，不僅是因工種發(fā)展的需求，也使企業(yè)更準(zhǔn)確的規(guī)避了風(fēng)險(xiǎn)及隱患。

例如：在機(jī)器人上安裝傳感器系統(tǒng)設(shè)備，機(jī)器人不僅不怕“疼”，更放佛多了“眼睛”和“耳朵”[2]。并且在惡劣的井下環(huán)境內(nèi)，機(jī)器人無(wú)論是從適應(yīng)能力，還是從信息采集匯總能力，或者是信息傳輸?shù)乃俣壬希枷噍^于普通人類(lèi)更為優(yōu)秀。因?yàn)闄C(jī)器人性能上的穩(wěn)定性，決定了他無(wú)論身處多么惡劣的環(huán)境，都能及時(shí)將信息進(jìn)行檢測(cè)采集匯總分類(lèi)之后，再通過(guò)傳感器發(fā)送至系統(tǒng)或其他設(shè)備，從而使技術(shù)人員在第一時(shí)間內(nèi)獲取井下煤炭資源的相關(guān)信息。所以，在煤礦開(kāi)采中如何將機(jī)器人與使用傳感器設(shè)備相結(jié)合，關(guān)于此類(lèi)問(wèn)題的研究與實(shí)施，是煤礦開(kāi)采一體化技術(shù)的一個(gè)重大突破。

2.2 傳感器在電液控制中的運(yùn)用

液壓支架在開(kāi)采煤礦過(guò)程中具有承啟的重要作用。模擬人工操作，液壓支架更是不可缺少的設(shè)備之一。那何為電液控制系統(tǒng)？電液控制系統(tǒng)是具有傳感器等多種支架單一組成的煤礦采集控制系統(tǒng)，與傳統(tǒng)手工操作相比，其優(yōu)勢(shì)更加明顯，具有人為操作性更加便捷、安全性高和作業(yè)效率高等特點(diǎn)。因比較與傳統(tǒng)手工操作，液壓支架代替了人工操作，實(shí)現(xiàn)了井下無(wú)人作業(yè)，工作效率卻大大提高的目標(biāo)，從而有力的保證了工人們的人身安全。

2.3 傳感器在安全監(jiān)管中的運(yùn)用

首先是井下空氣中煤塵含量的測(cè)量。因在施工及開(kāi)采煤礦過(guò)程中，由于機(jī)械作用，大量的煤塵將漂浮于空氣中，稍有不慎便會(huì)引發(fā)爆炸等事故。因此，在施工及開(kāi)采過(guò)程中，靈活運(yùn)用傳感器提高檢測(cè)煤塵含量的準(zhǔn)確率，用以確保煤塵低于井下正常作業(yè)的百分值。

例如：利用光纖傳感器，主要采用光向后散射法，傳感器在獲取井下煤塵信息后，進(jìn)行信息整合，再傳送給計(jì)算機(jī)或其他設(shè)備，最后由電腦前的相關(guān)技術(shù)人員獲取信息及時(shí)通過(guò)清塵設(shè)備控制井下煤塵含量；

最后是瓦斯爆炸問(wèn)題。在開(kāi)采煤礦過(guò)程中，造成危害最大且最為常見(jiàn)的安全事故便是瓦斯爆炸。瓦斯存在于煤體或圍巖中，以游離狀態(tài)或吸著狀態(tài)為主，而礦井瓦斯爆炸則是一種熱一鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，就其本質(zhì)來(lái)說(shuō)，是一定濃度的甲烷和空氣中的氧氣在一定溫度作用下產(chǎn)生的激烈的氧化反應(yīng)。我們大致把瓦斯爆炸界限定為5%-16%，還有當(dāng)氧氣濃度達(dá)到12%以上時(shí)，也容易造成爆炸事故。

為了保障井下工作人員的人身安全及施工安全，為了避免人員傷亡及重大財(cái)產(chǎn)損失，如何利用好傳感器對(duì)甲烷氣體進(jìn)行有效監(jiān)控，保證井下甲烷處于正常作業(yè)百分值，顯得尤為重要。

例如：利用光纖傳感器對(duì)井下甲烷氣體進(jìn)行監(jiān)控，因不同氣體結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的吸收光譜不同，假如同一種氣體也不用擔(dān)心是否吸收峰會(huì)相同，因?yàn)闅怏w濃度不同，最后得出的吸收峰也不會(huì)相同，由此可見(jiàn)，通過(guò)對(duì)氣體信息檢測(cè)來(lái)確定礦井內(nèi)甲烷含量及濃度，用以保障了施工開(kāi)采的安全性。

3.結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)發(fā)展與需求變化，我國(guó)在煤礦機(jī)電一體化開(kāi)采中使用傳感器愈發(fā)普遍，使用率越來(lái)越高，但探索與創(chuàng)新不能止步于前。不積跬步，無(wú)以至千里，我們應(yīng)該在平時(shí)的工作與學(xué)習(xí)過(guò)程中注意對(duì)于此類(lèi)問(wèn)題的積累，不斷進(jìn)行研究與探索，例如：煤炭開(kāi)采企業(yè)可投入一定資金，定期組織技術(shù)人員進(jìn)行相關(guān)知識(shí)培訓(xùn)及交流研討，研發(fā)新型傳感器材料等等，進(jìn)而提高煤礦機(jī)電一體化的核心技術(shù)，提升企業(yè)產(chǎn)業(yè)水平，最終達(dá)到促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，發(fā)展我國(guó)煤礦開(kāi)采產(chǎn)業(yè)的目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 韋雨.傳感器在煤礦機(jī)電一體化中的運(yùn)用與發(fā)展[J].科技資訊，2012，23：107.

[2] 馬少俊.傳感器在煤礦機(jī)電一體化中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2014，18：68.