淺析信息化背景下煤礦自動化技術(shù)的突破和發(fā)展

郭毅軍

（陜西陜煤韓城礦業(yè)有限公司，陜西 韓城 715400）

自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，使機械設(shè)備趨近于智能化，減少井下工作人員的投入量。通過定位技術(shù)，可對施工人員進行精準定位，方便管理人員對施工流程進行合理布置；通過監(jiān)測技術(shù)可對礦井下的施工作業(yè)情況進行及時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患問題，進而使工作人員可采取預(yù)防措施；通過線測傳輸技術(shù)可對井下設(shè)備進行有線和無線控制，依據(jù)不同情況選擇技術(shù)控制，可有效提升工作效率。

1 煤礦自動化發(fā)展階段

煤礦作為主要能源之一，其可用來發(fā)電、供熱、冶金、建材等，在對煤礦資源進行開采時，傳統(tǒng)的開采行業(yè)對工作效率較低，開采方式的不正確也將對煤礦資源造成極大的浪費，降低了資源利用率。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動化領(lǐng)域技術(shù)的不斷成熟，煤礦開采領(lǐng)域融合自動化技術(shù)。其最早的技術(shù)研究開始于20 世紀60 年代初期，國家建立研究團隊，但當時技術(shù)條件受限，其受到環(huán)境因素的影響，其自動化技術(shù)只是進行簡單化控制，通過開關(guān)和閉環(huán)控制對設(shè)備進行指令操控，當時技術(shù)的不成熟，設(shè)備體積較大，導(dǎo)致工作效率、操控性能差，未能進行大力研發(fā)。70 年代初期，隨著我國自主研發(fā)體系的不斷完善，科學(xué)技術(shù)得到突破性進展，研發(fā)出可控性邏輯電路、晶體管等電子元器件，通過在自動化設(shè)備應(yīng)用電子元器件，減小設(shè)備體積，同時增強設(shè)備的工作性能。80 年代中期時，單片機的應(yīng)用為煤礦自動化體系提供安全性和邏輯性，為滿足煤礦開采設(shè)備的自動化性能，技術(shù)人員對單片機種類進行優(yōu)化，以適應(yīng)不同環(huán)境的開采，此時期對煤礦自動化系統(tǒng)中安裝相應(yīng)的監(jiān)控功能，可對煤礦開采工作進行實時監(jiān)控。90 年代以來，煤礦自動化技術(shù)已成為獨立性系統(tǒng)，通過單片機的操控，可對數(shù)據(jù)信息進行實時操控，并可實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)容各機構(gòu)的協(xié)調(diào)合作。技術(shù)的不斷完善，使操作系統(tǒng)根據(jù)規(guī)劃性，通過信息的采集，可對系統(tǒng)進行分化式操作，并可使系統(tǒng)進行自檢，及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的運行錯誤，提升煤礦自動化系統(tǒng)的工作效率。

2 煤礦自動化技術(shù)

2.1 定位技術(shù)

“安全第一”作為企業(yè)施工首要準則，工作人員的安全得到保障，才可使工作順利進行。煤礦工作人員一般進行井下作業(yè)，其工作性質(zhì)具有高危險性，需對井下工作人員進行定位，當出現(xiàn)作業(yè)事故時，可依據(jù)定位情況進行及時救援。但煤井下由于通風(fēng)不暢，將產(chǎn)生氣體和煙塵，空氣介質(zhì)的改變不利于定位系統(tǒng)的信號傳輸，當前煤井一般才采用射頻識別技術(shù)（RFID），通過通信技術(shù)進行區(qū)域性監(jiān)測，未能對煤礦整體環(huán)境進行監(jiān)測，導(dǎo)致其效果不明顯。在技術(shù)不斷創(chuàng)新下，通過時間和場強的定位方法，提升定位精度，并滿足煤礦的生產(chǎn)需求。

時間定位法，是對信號的傳輸時間進行檢測，在通過信號傳輸速率，可計算出信號傳輸距離。將信號以電磁波的方式進行傳導(dǎo)，可保證其不受礦井內(nèi)部環(huán)境影響，通過信號的傳輸可對工作人員進行及時定位，并將被檢測目標的信息位置進行數(shù)據(jù)投影，可使管理人員對礦井工作人員的分布情況進行分析，可方便管理人員進行派遣工作。

場強定位法，是對信號在傳輸過程中的衰減程度進行分析，進而計算出人員分布位置，通過礦井內(nèi)部監(jiān)測站和其坐標位置，可對工作人員進行精準定位。但信號在傳輸過程中，其衰減程度易受到內(nèi)部環(huán)境的影響，例如礦井內(nèi)部的管道、機電設(shè)備、巖壁表面、管線、斷面彎曲程度等，導(dǎo)致其測量精準度出現(xiàn)誤差。為解決信號傳輸問題，保證其測量精度，技術(shù)人員設(shè)置場強對比、節(jié)點位置、空間標定等措施，為場強定位提供參照標準，但由于其工藝復(fù)雜，將導(dǎo)致其監(jiān)測成本提升，工作人員應(yīng)對此種定位法進行合理使用。

2.2 監(jiān)測技術(shù)

煤礦開采過程中，由于其屬于半封閉區(qū)間，一般井下通風(fēng)系統(tǒng)不完善時，易產(chǎn)生甲烷等易燃易爆氣體，當工作人員操作不當，易將氣體點燃，導(dǎo)致發(fā)生事故，對人身造成危害。在對井下進行甲烷氣體檢測時，一般以激光監(jiān)測技術(shù)、熱導(dǎo)監(jiān)測技術(shù)、熱催化監(jiān)測技術(shù)為主，通過不同環(huán)境對其進行針對性監(jiān)測，可有效提升監(jiān)測效率，并可使工作人員提前制定相應(yīng)的預(yù)防措施。

激光監(jiān)測技術(shù)在對甲烷氣體進行監(jiān)測時，通過傳感器對礦井內(nèi)部的氣體進行實時采樣，可有效提升其監(jiān)測量程，其響應(yīng)速度較快，且內(nèi)部元器件生命周期較長，但其測量精度易受到環(huán)境影響，且安裝成本較高，利用激光原理監(jiān)測的系統(tǒng)包括紅外線傳感監(jiān)測技術(shù)，其工作原理與激光監(jiān)測技術(shù)相同，但其傳輸波長易受到溫度環(huán)境影響。

熱導(dǎo)監(jiān)測技術(shù)利用傳感器對氣體進行采集，其適用于高濃度氣體監(jiān)測，其安裝成本較低，并以熱催化監(jiān)測技術(shù)為主，通過濃度監(jiān)測的高低對其進行分類，但其主要是對高濃度甲烷氣體進行監(jiān)測，其監(jiān)測范圍有限，對低濃度氣體監(jiān)測時，其監(jiān)測誤差較大。熱催化監(jiān)測技術(shù)，通過傳感器對低濃度甲烷氣體進行監(jiān)測，其甲烷氣體含量在采樣氣體中一般低于5%，才可對其進行精度確定，但其響應(yīng)速度較慢，內(nèi)部元器件生命周期較短，且內(nèi)部催化劑含有毒性，通過其與熱導(dǎo)監(jiān)測技術(shù)進行結(jié)合，將兩種監(jiān)測方式的優(yōu)勢進行互補，可對濃度進行全范圍監(jiān)測。

2.3 線測傳輸技術(shù)

無線傳輸技術(shù)作為礦井常用技術(shù)之一，井下作業(yè)情況較為復(fù)雜，提升實時監(jiān)控的難度，在對數(shù)據(jù)進行傳輸時，分為有線傳輸技術(shù)和無線傳輸技術(shù)。有線技術(shù)通過線纜將系統(tǒng)與主機進行連接，可對數(shù)據(jù)進行安全性傳輸，通過線纜的布置可對傳輸距離進行調(diào)控，同時可對內(nèi)部設(shè)備進行范圍性供電，但由于線纜的固定性，在對移動設(shè)備進行供電時，設(shè)備的移動性降低了電纜的可操控性，將影響工作效率。針對此情況，技術(shù)人員研發(fā)了無線傳輸技術(shù)，通過傳感器設(shè)備的安裝，可對數(shù)據(jù)信息進行無線傳輸，同時可減少安裝線纜產(chǎn)生的防護措施。傳感器設(shè)備在進行工作時，其需要內(nèi)部電源系統(tǒng)對其進行供電，因此需定期對傳感器進行電量檢測，及時更換內(nèi)部電源，使工作可持續(xù)開展。

3 信息化背景下煤礦自動化技術(shù)的發(fā)展

3.1 智能一體化

當前煤礦作業(yè)時，通過監(jiān)控設(shè)備的運行可有效提升工作效率，減少作業(yè)人員的投入量，但在智能化采煤領(lǐng)域發(fā)展不足。技術(shù)人員應(yīng)對智能化領(lǐng)域進行分析，使設(shè)備可進行智能自動采煤，通過操作人員的控制，實現(xiàn)一體化流程，可提升工作效率，并有效降低作業(yè)風(fēng)險。同時應(yīng)對設(shè)備導(dǎo)航技術(shù)、遠程操控技術(shù)、智能分析技術(shù)進行創(chuàng)新，提升設(shè)備機構(gòu)的協(xié)調(diào)合作，技術(shù)人員應(yīng)對礦井傳輸設(shè)備進行分析，調(diào)試激光測距、雷達測距等，使其具備相應(yīng)的無人駕駛功能，提升工作效率。

3.2 數(shù)據(jù)信息化

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，對數(shù)據(jù)信息可進行云存儲，技術(shù)人員可通過大數(shù)據(jù)對信息進行采集劃分，通過與數(shù)據(jù)庫信息進行對比，可對問題發(fā)生導(dǎo)向進行分析。技術(shù)人員應(yīng)通過大數(shù)據(jù)對煤礦進行全方位了解，制定相應(yīng)的方案，使煤礦的安全工作得到保障。

3.3 機器可視化

煤礦開采工作一般是在地下進行，礦井中一般照明度較低、煙塵大、噪音大、設(shè)備振動幅度大、電磁干擾性較為聚集等，在對其進行技術(shù)優(yōu)化時，可提升設(shè)備的監(jiān)控性，通過可視化對設(shè)備進行實時操作。通過科學(xué)技術(shù)的不斷融合，可使機械設(shè)備進行智能化操作，對人類的行為動作進行模擬，通過可視技術(shù)，可有效對礦井內(nèi)部的工作環(huán)境進行觀察。機器可視化可應(yīng)用于礦場車輛導(dǎo)航控制、煤倉儲備監(jiān)控、值班待崗、設(shè)備運行監(jiān)控等，工作人員通過技術(shù)的應(yīng)用可提升整體工作效率。

4 結(jié)語

綜上所述，文章對煤礦自動化技術(shù)的發(fā)展狀況進行介紹，并對當前礦井工作中使用的現(xiàn)代化技術(shù)進行分析，通過智能一體化、數(shù)據(jù)信息化、機器可視化對信息化背景下煤礦自動化技術(shù)的發(fā)展進行展望。