機(jī)械自動(dòng)化在煤礦機(jī)械制造中的運(yùn)用研究

賈建斌

（陜西煤業(yè)化工物資集團(tuán)有限公司采購中心，陜西 西安 710014）

引言

煤礦是古代植物遺體經(jīng)過億萬年的復(fù)雜變化形成的不可再生資源，在人們的生產(chǎn)生活中占據(jù)著極為重要的位置，但在過去的開采過程中，受科學(xué)技術(shù)的限制人力是開采煤礦的主要?jiǎng)恿Γ诋?dāng)代煤礦生產(chǎn)的過程中，應(yīng)用自動(dòng)化機(jī)械在提升煤礦生產(chǎn)能力的同時(shí)，還可以保障工作人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。

1 機(jī)械自動(dòng)化對(duì)于煤礦生產(chǎn)的意義

煤礦機(jī)械作為維持礦井作業(yè)順利開展的重要設(shè)備，其工作性能與企業(yè)的生產(chǎn)效率之間存在著極為密切的關(guān)系。近年來，隨著我國煤炭工業(yè)的發(fā)展速度的不斷加快，傳統(tǒng)以人力開采為主的煤礦開采方式所開采的煤炭，已經(jīng)無法滿足社會(huì)對(duì)煤礦資源的需求量，此時(shí)自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備受到了人們的廣泛歡迎，并且隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦機(jī)械的自動(dòng)化水平不斷提升，不僅大大提升了煤礦的開采效率，還可以令工作人員遠(yuǎn)程對(duì)礦井內(nèi)部情況加以探查，達(dá)到保證工作人員生命財(cái)產(chǎn)安全的目的，進(jìn)而為我國煤炭企業(yè)的良好發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.1 解放勞動(dòng)力

人類開發(fā)并使用工具的目的之一就是解放勞動(dòng)力，在煤礦開采過程中，用自動(dòng)化的機(jī)械設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人力開采方式，不僅可以提升煤炭的開采效率，還可以令開采人員從危險(xiǎn)的礦井轉(zhuǎn)移到相對(duì)安全的設(shè)備監(jiān)控中心，這種工作方式不僅保障了工作人員的生命安全，提升了煤炭開采的質(zhì)量，還在一定程度上減少了礦井對(duì)礦工的需求量，達(dá)到了解放勞動(dòng)力的目的。

1.2 提高開采工作的安全性

由于傳統(tǒng)的煤礦開采工作需要工作人員深入礦井進(jìn)行工作，而礦井的工作環(huán)境較為惡劣，存在工作空間小、煤塵大、噪聲響、工作狀況復(fù)雜等問題，工作人員在礦井下工作的過程中存在較多的安全隱患。但現(xiàn)階段，將機(jī)械自動(dòng)化應(yīng)用于煤礦機(jī)械中，讓工作人員在礦井外對(duì)機(jī)械設(shè)備加以調(diào)控，由機(jī)械設(shè)備代替工人完成這些具備較大風(fēng)險(xiǎn)性的井下工作，在保證煤炭開采工作質(zhì)量的同時(shí)，避免了因礦井滲漏、瓦斯?jié)舛冗^高等問題的出現(xiàn)給工作人員的生命安全造成威脅。

1.3 降低開采工作成本

盡管在當(dāng)前煤礦企業(yè)在采購自動(dòng)化的煤礦機(jī)械設(shè)備時(shí)需要消耗大筆的資金，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，將這些新型的自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用于礦井工作中可以減少對(duì)人力資源的使用量，提升煤礦的開采量，從而達(dá)到降低生產(chǎn)成本，提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的目的。

2 在煤礦機(jī)械制造中機(jī)械自動(dòng)化的應(yīng)用

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，在一定程度上帶動(dòng)了電機(jī)一體化技術(shù)的發(fā)展與完善，尤其是在“十二五”期間，為貫徹落實(shí)我黨下達(dá)的“安全第一、以人為本”的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)理念，我國煤礦開采企業(yè)紛紛引進(jìn)了具備先進(jìn)機(jī)電數(shù)控技術(shù)的機(jī)械設(shè)備，在減少了對(duì)人力、物力資源的消耗的基礎(chǔ)上，滿足了當(dāng)前社會(huì)的發(fā)展需求。

2.1 機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在煤礦掘進(jìn)中的應(yīng)用

近年來，隨著我國煤炭行業(yè)的發(fā)展速度不斷加快，與其密切相關(guān)的煤機(jī)設(shè)備行業(yè)也受到了人們的廣泛關(guān)注，在當(dāng)前煤炭行業(yè)的綱領(lǐng)性文件《關(guān)于促進(jìn)煤炭工業(yè)健康發(fā)展的若干意見》、全國煤炭工業(yè)科學(xué)技術(shù)大會(huì)以及國家發(fā)改委出臺(tái)的煤炭行業(yè)機(jī)構(gòu)調(diào)整政策中，都強(qiáng)調(diào)了發(fā)展煤礦井下采煤設(shè)備在煤炭行業(yè)發(fā)展中的重要性。現(xiàn)階段，掘進(jìn)與回采作為煤礦生產(chǎn)中較為重要的環(huán)節(jié)，國家指出當(dāng)前在煤礦開采過程中，煤礦企業(yè)應(yīng)當(dāng)遵循“采掘并重、掘進(jìn)先行”的工作原則，掘進(jìn)機(jī)（如圖1 所示）作為一種快速掘進(jìn)煤礦巷道，保證礦井開采質(zhì)量的關(guān)鍵性機(jī)械，其自動(dòng)化水平與礦井的安全性以及生產(chǎn)能力之間存在著極為密切的關(guān)系。具體來說，機(jī)械自動(dòng)化在掘進(jìn)機(jī)中被廣泛應(yīng)用于掘進(jìn)機(jī)的操作箱、照明燈、安全型開關(guān)箱以及壓扣控制按鈕等自動(dòng)化系統(tǒng)當(dāng)中，同時(shí)，在掘進(jìn)機(jī)實(shí)際工作過程中，這些系統(tǒng)的配合使用可以輔助掘進(jìn)機(jī)工作發(fā)揮更大的效用，同時(shí)，工作人員往往將掘進(jìn)機(jī)與液壓系統(tǒng)搭配在一起使用，從而更好地發(fā)揮掘進(jìn)機(jī)各系統(tǒng)的綜合效用，達(dá)到節(jié)約煤礦開采時(shí)間，提升工作效率的目的。此外，當(dāng)前掘進(jìn)機(jī)的構(gòu)成主要包括行走機(jī)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)、裝運(yùn)機(jī)構(gòu)以及轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)，其工作方式為，機(jī)械在行走機(jī)構(gòu)向前推進(jìn)的過程中，由工作機(jī)構(gòu)切割煤礦，并將切碎的煤礦運(yùn)輸?shù)较鄳?yīng)位置。需要注意的是，盡管近年來我國掘進(jìn)機(jī)的研發(fā)取得了一定的進(jìn)步，但當(dāng)前煤礦開采企業(yè)使用最廣泛的礦井施工仍以鉆爆法為主，面對(duì)這一問題，為進(jìn)一步提升煤礦生產(chǎn)的高效性與安全性，我國的掘進(jìn)機(jī)正朝著自動(dòng)化、大型化、大功率、機(jī)電一體化的方向發(fā)展，并且先后引進(jìn)了德國的MAV300、奧地利的AHM105 以及英國的MK3 型重型懸臂式掘進(jìn)機(jī)，對(duì)我國的掘進(jìn)機(jī)優(yōu)化提供參考[1]。

圖1 掘進(jìn)機(jī)

2.2 機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在煤礦開采中的應(yīng)用

對(duì)于煤礦企業(yè)來說，獲取經(jīng)濟(jì)效益的核心工作就是采煤，在當(dāng)期采煤工作開展的過程中應(yīng)用機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)不僅可以減少工作人員的人力資源消耗量，還可以提升采煤工作的效率。近年來，在采煤過程中，最典型的機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)用機(jī)械為電牽引采煤機(jī)（如圖2 所示），功率早已超過1200kW，并且電壓也已從過去的1140V 增加到現(xiàn)在普遍使用的3300V，其主要結(jié)構(gòu)包括遙控器、傳感器、計(jì)算機(jī)和變頻器等部分，具備結(jié)構(gòu)合理、操作便利、適應(yīng)性好、程序設(shè)置簡(jiǎn)單、工作性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于煤礦開采工作當(dāng)中。

圖2 電牽引采煤機(jī)

2.3 機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在煤炭輸送中的應(yīng)用

對(duì)于一些煤礦企業(yè)而言即使其生產(chǎn)效率有所提升，但如果其運(yùn)輸效率比較低，那么其經(jīng)濟(jì)效益仍無法得到提升，因此，煤礦開采與煤礦運(yùn)輸在其運(yùn)營(yíng)過程中一樣重要，在當(dāng)前煤礦機(jī)械制造的過程中，將機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于煤礦運(yùn)輸機(jī)械中可以有效地提升煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。具體來說，在當(dāng)前很多煤礦企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)輸過程中都已經(jīng)應(yīng)用了PLC 技術(shù)與膠帶運(yùn)輸相結(jié)合的運(yùn)輸方式，PLC 技術(shù)作為一種自動(dòng)化運(yùn)輸系統(tǒng)，將其與傳統(tǒng)的膠帶運(yùn)輸技術(shù)相結(jié)合，使得膠帶運(yùn)輸更為精確、高效以及可靠，并且這種以電力為能源的運(yùn)輸方式的運(yùn)用，不需要工作人員像管理傳統(tǒng)膠帶運(yùn)輸方式一樣，對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)的干預(yù)與維護(hù)，降低了因人工操作失誤出現(xiàn)安全事故的可能性，在提升煤炭運(yùn)輸效率的同時(shí)，提升了煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在煤礦安全監(jiān)控中的應(yīng)用

對(duì)于所有的生產(chǎn)企業(yè)而言，安全始終是其生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中的前提，在過去的一段時(shí)間里，頻頻發(fā)生的煤礦安全事故，使得人們對(duì)煤炭行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了不信任感。對(duì)此，將機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于煤礦安全監(jiān)控過程中，已經(jīng)成為解決這一問題，提升煤礦工作安全性的有效方式之一。具體來說，當(dāng)前部分煤礦開采企業(yè)為進(jìn)一步提升自身對(duì)煤礦生產(chǎn)流程的監(jiān)控力度，將遙測(cè)儀、斷電儀、紅外線自動(dòng)噴霧裝置等自動(dòng)化監(jiān)控設(shè)備安置在礦井當(dāng)中，并且要求工作人員實(shí)時(shí)監(jiān)控檢測(cè)設(shè)備顯示數(shù)據(jù)的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井的全方位監(jiān)管，最終達(dá)到維持礦井環(huán)境穩(wěn)定性，提升工作人員生命財(cái)產(chǎn)安全性，提高煤礦生產(chǎn)管理有效性的目的。以某全礦井綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)主要以工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)為核心，對(duì)礦井內(nèi)的各項(xiàng)自動(dòng)控制系統(tǒng)加以整合，并將其與安全防火墻、礦級(jí)管理系統(tǒng)共同組成一個(gè)高速統(tǒng)一的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到對(duì)礦井整體情況統(tǒng)一化管理的目的，其綜合識(shí)別與感知運(yùn)行機(jī)制如圖3 所示。

圖3 綜合監(jiān)控系統(tǒng)的識(shí)別與感知流程圖

整個(gè)系統(tǒng)被分成信息層、控制層以及設(shè)備層三部分，其中控制層主要由工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)為核心，實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦井內(nèi)各子系統(tǒng)的無縫集成，以及通過Web 瀏覽器實(shí)時(shí)顯示安全生產(chǎn)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。其中子系統(tǒng)包括安全監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位管理系統(tǒng)、壓風(fēng)機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)、通風(fēng)機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)、中央泵房自動(dòng)化控制系統(tǒng)、皮帶自動(dòng)化控制系統(tǒng)、變電所自動(dòng)化控制系統(tǒng)以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)等。

（1）安全監(jiān)控系統(tǒng)。在該安全信息化平臺(tái)當(dāng)中，主要通過上位機(jī)以太網(wǎng)通訊卡將安全監(jiān)控系統(tǒng)就近接入交換機(jī)當(dāng)中，在與平臺(tái)相連接時(shí)，其軟件的接入方式主要由軟件提供商與軟件購買方進(jìn)行協(xié)調(diào)后選擇相應(yīng)的接入通訊協(xié)議，以便滿足企業(yè)的實(shí)際需要。

（2）人員定位管理系統(tǒng)。在該安全信息化平臺(tái)當(dāng)中，人員定位管理系統(tǒng)同樣是依靠上位機(jī)以太網(wǎng)的通訊卡就近接入交換機(jī)，并與平臺(tái)相連，軟件的接入方式也是由軟件提供商與軟件購買方相協(xié)調(diào)后得出的。其工作方式為，由于安全信息化平臺(tái)包含了人員定位系統(tǒng)地面監(jiān)控主站的功能，可以對(duì)礦井工作的人員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，若發(fā)生特殊情況時(shí)，監(jiān)控界面發(fā)出警報(bào)，Web 瀏覽器顯示出現(xiàn)問題的對(duì)應(yīng)攝像頭所監(jiān)視的畫面，達(dá)到保護(hù)工作人員生命安全的目的。同時(shí)，由于該子系統(tǒng)可以采集所有工作人員的入井、升井時(shí)間，因此，該子系統(tǒng)還在一定程度上可以達(dá)到提升工作人員工作效率的目的[2]。

（3）壓風(fēng)機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是通過現(xiàn)場(chǎng)PLC 提供的以太網(wǎng)接入口與就近交換機(jī)相連接，進(jìn)而達(dá)到與安全信息化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)相連接的目的，其通訊協(xié)議同樣是由軟件提供商與購買方相互溝通協(xié)商得出。其工作方式為，壓風(fēng)機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)將地面壓風(fēng)機(jī)、井下壓風(fēng)機(jī)、閥門等設(shè)備的運(yùn)行情況傳送到安全信息化系統(tǒng)平臺(tái)中，平臺(tái)通過Web 瀏覽器將數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，若存在安全隱患時(shí)，系統(tǒng)的事故報(bào)警功能啟動(dòng)，從而達(dá)到保護(hù)礦井安全的目的。

3 機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在煤礦機(jī)械制造中的發(fā)展前景

機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在當(dāng)前社會(huì)資源開發(fā)利用過程中，所起到的作用逐漸加重，盡管當(dāng)前我國煤礦機(jī)械在機(jī)械自動(dòng)化方向發(fā)展的速度，與部分西方國家之間存在一定的差距，但從我國近年來經(jīng)濟(jì)、科技等方面的發(fā)展速度來看，我國的機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展水平將會(huì)越來越高。煤炭資源作為當(dāng)前我國的主要能源，在較長(zhǎng)一段時(shí)間的社會(huì)發(fā)展過程中仍占據(jù)著極為重要的位置，因此，提升煤礦機(jī)械的自動(dòng)化水平成為未來煤礦機(jī)械制造中的主要任務(wù)之一。

3.1 減少煤礦機(jī)械對(duì)資源的浪費(fèi)

對(duì)當(dāng)前我國現(xiàn)有的煤礦機(jī)械設(shè)備進(jìn)行分析后可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)械設(shè)備對(duì)煤炭資源的浪費(fèi)是設(shè)備運(yùn)行過程中較為常見的一個(gè)問題。對(duì)此，為進(jìn)一步提升煤炭資源的利用率，減少資源在開采運(yùn)輸過程中的浪費(fèi)，在進(jìn)行機(jī)械設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化改進(jìn)的過程中，設(shè)計(jì)人員不僅需要降低設(shè)備對(duì)人力資源的消耗，還需要對(duì)設(shè)備的運(yùn)行方式加以改進(jìn)，盡可能令開采出的煤炭資源全部運(yùn)送到購買方的手上，達(dá)到減少煤炭資源浪費(fèi)的目的。

3.2 強(qiáng)化機(jī)械設(shè)備制造中理論與實(shí)踐的結(jié)合

近年來，隨著我國對(duì)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的關(guān)注程度不斷提升，部分機(jī)械專業(yè)研究人員從理論層面對(duì)煤礦機(jī)械設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)，但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，部分理論的應(yīng)用難度較高并不適用于當(dāng)前機(jī)械制造的工藝水平。對(duì)此，機(jī)械專業(yè)研究人員在對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)的過程中，應(yīng)當(dāng)切實(shí)了解我國機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展水平，明確當(dāng)前煤礦機(jī)械設(shè)備在使用過程中存在的缺陷，并對(duì)其加以改進(jìn)，在此過程中，研究人員還需要確保自身所提出的理論觀念，存在切實(shí)可以支撐觀念的工藝技術(shù)，以便將觀念切實(shí)應(yīng)用到工藝實(shí)踐過程當(dāng)中，最終達(dá)到促進(jìn)煤礦機(jī)械設(shè)備朝著自動(dòng)化方向發(fā)展的目標(biāo)[4]。

4 結(jié)束語

總而言之，煤礦行業(yè)作為我國的支柱性產(chǎn)業(yè)之一，現(xiàn)階段，為進(jìn)一步提升煤礦的生產(chǎn)效率自動(dòng)化機(jī)械被廣泛應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)過程中，這種開采方式不僅降低了因人力開采造成煤礦安全事故的可能性，還在一定程度上提升了煤礦開采企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，為我國煤礦行業(yè)的發(fā)展提供了動(dòng)力。