電氣自動化技術(shù)在礦山機械設備中的應用

（內(nèi)蒙古平莊能源股份有限公司風水溝煤礦，內(nèi)蒙古 赤峰 024076）

1 礦山機械設備應用電氣自動化技術(shù)重要性

1.1 促進礦山安全管理質(zhì)量的提升

礦山生產(chǎn)作業(yè)的危險系數(shù)較高，如果在生產(chǎn)過程中缺乏安全管理，或者是生產(chǎn)工藝、設備的應用、操作不當，都會增加安全事故的發(fā)生概率，使得礦企面臨著較大的損失?，F(xiàn)階段，大部分礦山企業(yè)都將安全生產(chǎn)放在首要位置，機械設備電氣自動化技術(shù)的應用能夠有效取代傳統(tǒng)的人工作業(yè)模式，使得在生產(chǎn)時的人力投入大大減少，用機械設備自動化來減小礦山作業(yè)中的安全威脅[1]。因此，機械設備電氣自動化技術(shù)的應用有助于提升礦企安全生產(chǎn)管理的整體水平，對于礦山安全生產(chǎn)目標的實現(xiàn)具有重要的意義。此外，由于電氣自動化具有先進性，可以對礦山生產(chǎn)時的一些安全隱患加以必要的識別與處理，降低礦山生產(chǎn)時各種安全事故的發(fā)生概率。

1.2 有利于生產(chǎn)效率的提升

礦企在傳統(tǒng)生產(chǎn)模式下，主要以人力生產(chǎn)為主，整體的生產(chǎn)效率低下，而在應用了機械設備電氣自動化技術(shù)以后，礦企的生產(chǎn)模式由人力為主轉(zhuǎn)變?yōu)榱艘詸C械為主，這種新型的作業(yè)模式下，使得礦企的生產(chǎn)效率大大提升，為礦企創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟與社會效益。電氣自動化技術(shù)在各種機械設備中的應用，可以對這些設備加以遠程與實時監(jiān)控、操作，能夠及時識別和發(fā)現(xiàn)機械設備中存在的潛在故障與威脅，保持機械設備的可靠運轉(zhuǎn)，維持正常的礦山開采作業(yè)。

1.3 節(jié)能降耗

電氣自動化技術(shù)在礦山機械設備中的應用重點體現(xiàn)在對機械設備的自動化控制方面，在實際的生產(chǎn)過程中，由于作業(yè)環(huán)境的特殊性，自動化控制能夠根據(jù)生產(chǎn)的具體情況來對相關(guān)的參數(shù)加以科學調(diào)整，進而使得設備處于最佳的運行狀態(tài)下。電氣自動化技術(shù)下可以實現(xiàn)對單臺設備獨立啟停模式的優(yōu)化，這種優(yōu)化控制減少了設備運行時的電力損耗，達到了節(jié)能減排的效果。

2 礦山機械設備電氣自動化控制方式

2.1 繼電器控制方式

在20世紀80年代，繼電器控制方式的應用最為頻繁，由于當時的技術(shù)發(fā)展條件十分有限，這一控制方式在應用時存在著突出的劣勢：系統(tǒng)構(gòu)成較為復雜；系統(tǒng)內(nèi)涉及的線路數(shù)量多、種類繁雜，且不同線路之間存在著一定的交叉性，互相之間存在著嚴重的干擾；系統(tǒng)的靈活性不足，無法在實際的應用過程中結(jié)合其現(xiàn)實需求加以靈活調(diào)整；實用性與可操作性較差[2]。這種控制方式的成本投入相對較少，在一些經(jīng)濟效益較低的礦企中較為常用。

2.2 單片機構(gòu)成的控制器

到了20世紀80年代中后期，隨著技術(shù)的不斷進步，電氣自動化也開始有了一定的發(fā)展，尤其是控制器的結(jié)構(gòu)與功能逐步突破了傳統(tǒng)的限制，將新型技術(shù)應用于控制器中，使得控制器的結(jié)構(gòu)與功能都有所優(yōu)化與提升。比如，在礦企生產(chǎn)過程中，使用了軟件編程方式來進行電氣設備的科學控制，這種控制方式下具有更強的靈活性與高效性，在具體的應用過程中存在穩(wěn)定性差、信號轉(zhuǎn)化效率低下的問題。

2.3 可編程控制器方式

在可編程控制器中，主要包含了中央處理器、電源設備、端口、信息輸入與輸出設備，在各個設備之間的連接方面均采用的是集成電路方式，在礦山機械設備的應用過程中，這種控制方式占用的空間非常小，在控制方面具有更高的穩(wěn)定性、可靠性、靈活性與抗干擾性[3]。

3 礦山機械設備中電氣自動化技術(shù)的應用

3.1 礦山采掘機械

現(xiàn)階段，在礦山轉(zhuǎn)型發(fā)展的過程中，各個礦企都逐步意識到了電氣自動化技術(shù)的重要性，在礦山采掘機械設備的使用中，越來越傾向于電氣自動化技術(shù)的應用，比如，在部分大型礦山開采作用中，采礦作業(yè)多借助于多電機驅(qū)動自動化控制方式，由這種控制方式所形成的采礦設備運行更為可靠、安全與高效。如果礦企都能夠采用這種采礦設備，不僅能夠在采礦過程中發(fā)揮其設備、技術(shù)優(yōu)勢，還為后續(xù)機械設備的維護與檢修提供了便捷。采礦設備的總裝機功率往往都達到了1000kW以上，甚至一些采礦設備的總裝機功率在1500kW以上，牽引電機功率與牽引速度分別為2×60kW、0～30m/min。

電氣自動化技術(shù)的發(fā)展過程中，其技術(shù)核心是工況檢測和故障診斷系統(tǒng)，只有使得采礦設備具有了這種自動化診斷與檢測功能，才能夠發(fā)揮采礦設備的自動化優(yōu)勢。在當前的技術(shù)條件下，一些礦企會采用主、副機為前提的雙速電機，在此機械設備的運行過程中，主要是利用先進的計算機技術(shù)來完成工況監(jiān)控的，這種雙速電機的功率更大、效率更高。

3.2 礦山安全機械

對于礦山的生產(chǎn)作業(yè)而言，安全生產(chǎn)是其關(guān)注的重點問題，如果礦山無法實現(xiàn)安全生產(chǎn)的目標，安全事故的發(fā)生可能會使得礦企存在較大的人員傷亡與經(jīng)濟損失。礦山開采作業(yè)為井下作業(yè)，在當前人們對作業(yè)安全性關(guān)注日益提高的過程中，礦企需在生產(chǎn)的過程中配備專門的安全保障與監(jiān)控系統(tǒng)，發(fā)揮在作業(yè)過程中這些安全機械設備、配置的作用。電氣自動化技術(shù)下，斷電儀、紅外感應自動噴霧裝置、風電閉鎖裝置（如圖1）等都是以此控制技術(shù)為基礎的，這些設備在礦山生產(chǎn)中的應用可以對生產(chǎn)作業(yè)的各種數(shù)據(jù)加以實時監(jiān)控、傳輸與處理，這種實時監(jiān)測使得設備中的自動化控制模塊可以及時識別出作業(yè)中所存在的安全威脅，進而由自動化裝置來完成作業(yè)的相應處理與控制。

圖1 風電閉鎖裝置主接線

3.3 排水系統(tǒng)

礦企的生產(chǎn)過程中，排水系統(tǒng)是整個生產(chǎn)系統(tǒng)中的重要構(gòu)成，如果能夠在排水系統(tǒng)中引入電氣自動化技術(shù)，就可以在排水系統(tǒng)的運行過程中提升排水能力，用有效的排水系統(tǒng)來支撐礦企的正常生產(chǎn)。在排水系統(tǒng)的運行過程中，如果要發(fā)揮電氣自動化技術(shù)的最大優(yōu)勢，就需要從礦山作業(yè)時對排水系統(tǒng)的具體要求，來對系統(tǒng)中的相關(guān)參數(shù)加以必要的控制。現(xiàn)階段，排水系統(tǒng)的無人操作成為了主流的發(fā)展趨勢，自動化技術(shù)下，相應的控制模塊可以根據(jù)實際的水量需求，對水泵的工作狀態(tài)加以相應的調(diào)整，保障自動化調(diào)度功能的實現(xiàn)。為適應節(jié)能減排的要求，水泵甚至引入了變頻控制技術(shù)，變頻調(diào)節(jié)模式下，水泵的運行效率大大提升，實現(xiàn)了節(jié)能減排。

3.4 通風系統(tǒng)

礦企的生產(chǎn)過程中，通風系統(tǒng)的存在可以為井下作業(yè)創(chuàng)造一個相對安全的環(huán)境，同樣是整個作業(yè)系統(tǒng)中的重要組成部分。由于井下作業(yè)的環(huán)境惡劣，存在較大的粉塵，通風系統(tǒng)的存在可以使得井下保持良好的通風條件，使得風量、風速等達到井下安全生產(chǎn)的要求。現(xiàn)階段，隨著礦山機械化生產(chǎn)目標的實現(xiàn)，各個礦企在通風系統(tǒng)的構(gòu)建過程中都引入了電氣自動化技術(shù)，這一技術(shù)的應用使得通風系統(tǒng)的控制更為可靠、高效與安全，避免了傳統(tǒng)人工控制下的失誤操作所造成的安全事故。

一般情況下，如果以操作模式來進行通風系統(tǒng)的劃分，包含了自動化、半自動等多種形式，這些不同控制方式的配合使得通風系統(tǒng)的控制功能大大增強。電氣自動化技術(shù)在通風系統(tǒng)中應用還提升了系統(tǒng)的功能，比如，報警、存儲功能的實現(xiàn)，使得通風系統(tǒng)可以為礦山作業(yè)提供更好的通風服務，改善井下作業(yè)環(huán)境。

3.5 井下風門

如果在礦山開采作業(yè)時，井下風門處于正常運行狀態(tài)下，風門兩側(cè)存在氣壓差。對礦井而言，其風門相對較大，如果要開啟風門，也需要有加大的壓力作用。當風門被打開以后，風門所承受的壓力也會隨之逐步減小，而這種壓力的減小也就阻止了風門的進一步打開，使得風門的開閉困難。為了有效改善這一問題，氣缸傳送帶式風門逐步出現(xiàn)，該種類型的風門上設置有一個小風窗，可以有效避免氣壓變化異常對風門開閉造成的不利影響，在具體的運行過程中，氣缸傳送帶式風門系統(tǒng)會自動根據(jù)風門的狀態(tài)來執(zhí)行控制指令，在這些指令下，操作油缸內(nèi)的活塞也會發(fā)生一定的運動，以此來帶動風門的開啟與關(guān)閉，這種控制模式下，同樣利用的是電氣自動化技術(shù)。

4 結(jié)語

機械設備成為了礦山生產(chǎn)中的關(guān)鍵要素，如果要以這些機械設備取代傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，就必須要充分應用電氣自動化技術(shù)，發(fā)揮自動化控制的優(yōu)勢，通過自動控制來保持各種設備最佳的運行狀態(tài)，維持礦山作業(yè)的安全性、高效性。