電氣自動(dòng)化技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

（陜西中能煤田有限公司 陜西 719000）

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，眾多的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。同時(shí)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展使得煤炭企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)白熱化，企業(yè)想要在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中占有優(yōu)勢(shì)，就必須在提高生產(chǎn)效率，節(jié)省生產(chǎn)成本上下功夫。因此，在煤炭生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)是大勢(shì)所趨。將電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于煤炭生產(chǎn)既能提高生產(chǎn)效率又能有效降低工人工作強(qiáng)度，減少安全事故的發(fā)生。同時(shí)有研究表明，運(yùn)行和維護(hù)電氣自動(dòng)化設(shè)備所花費(fèi)用占管理成本的40%以上[1]。因此，研究電氣自動(dòng)化技術(shù)在煤礦的應(yīng)用有助于煤炭企業(yè)快速發(fā)展。

1.電機(jī)自動(dòng)化技術(shù)概況

電氣自動(dòng)化技術(shù)興起于二十世紀(jì)七八十年代，進(jìn)入21世紀(jì)后，電氣自動(dòng)化技術(shù)在生產(chǎn)制造領(lǐng)域蓬勃發(fā)展，極大的提高了生產(chǎn)企業(yè)的工作效率，加快了生產(chǎn)企業(yè)的現(xiàn)代化步伐，推動(dòng)了經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。電氣自動(dòng)化技術(shù)是一種主要依托電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)操縱機(jī)器完成作業(yè)的先進(jìn)電子技術(shù)，以提高生產(chǎn)效率，改善工作環(huán)境為主要目的。其中，自動(dòng)化的控制體統(tǒng)包括了信號(hào)采集、信號(hào)處理、中央控制器、信號(hào)反饋等模塊[2]，在具體的作業(yè)過(guò)程中，需要根據(jù)作業(yè)環(huán)境及作業(yè)特點(diǎn)優(yōu)化自動(dòng)化控制相關(guān)模塊，以達(dá)到更高效更精確的作業(yè)效果。

現(xiàn)代化煤礦中，井下采煤依舊是煤炭企業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分。煤礦的電氣自動(dòng)化技術(shù)主要被應(yīng)用在機(jī)械采煤、礦井通風(fēng)、礦井排水、礦井運(yùn)輸?shù)确矫?。電氣自?dòng)化技術(shù)的應(yīng)用有效的提高了煤礦生產(chǎn)的效率，減少了不安全事故的發(fā)生，提升了煤礦的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2.現(xiàn)代化礦井對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)的要求

現(xiàn)代化礦井中，電氣自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到煤礦生產(chǎn)的方方面面，該技術(shù)通過(guò)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的遠(yuǎn)程操作與監(jiān)控，提高了生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。但，眾所周知煤炭開(kāi)采屬于地下作業(yè)，其生產(chǎn)的特殊性對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)有著新的要求：

（1）井下工作環(huán)境對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)的適用性要求較高。煤礦開(kāi)采通常為地下作業(yè)，礦井深度多在700-1000米，井下作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，通常呈現(xiàn)潮濕、陰暗、濕熱等特征，這就要求電氣自動(dòng)化技術(shù)能夠因地制宜，在井下復(fù)雜環(huán)境中依舊能夠正常作業(yè)，這對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)的適用性提出較高的要求。

（2）電氣自動(dòng)化技術(shù)能夠適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)作業(yè)。一方面，井下開(kāi)采工作的高效開(kāi)展離不開(kāi)采煤機(jī)、液壓支柱、膠帶運(yùn)輸機(jī)等各種電氣設(shè)備的有效合作，生產(chǎn)的連續(xù)性就要求電氣自動(dòng)化技術(shù)能夠較為準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)各類設(shè)備的合作與銜接，這是生產(chǎn)能夠順利進(jìn)行的前提條件。另一方面，煤礦生產(chǎn)排班通常采用“三班倒”或“四班倒”的形式，這樣的工作體制下，井下設(shè)備尤其是綜采面設(shè)備的開(kāi)機(jī)率通常會(huì)達(dá)到90%甚至更高的水平[3]，井下通風(fēng)設(shè)備更是24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，為保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行，就要最大程度的限制設(shè)備故障率，實(shí)時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，這對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)提出了更高的要求。

3.電氣自動(dòng)化技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用

電氣自動(dòng)化技術(shù)主要應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)的綜合開(kāi)采工作、礦井通風(fēng)工作、礦井排水工作以及礦井運(yùn)輸工作。

(1)電氣自動(dòng)化技術(shù)在綜合開(kāi)采工作上的應(yīng)用

在煤礦生產(chǎn)活動(dòng)中，煤炭開(kāi)采工作面是生產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)，也是生產(chǎn)過(guò)程中作業(yè)環(huán)境最復(fù)雜、作業(yè)難度最高的工作環(huán)節(jié)。綜采面生產(chǎn)的順利進(jìn)行離不開(kāi)采煤機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、液壓支架等多臺(tái)設(shè)備的緊密合作。尤其是現(xiàn)代化礦井綜采面呈現(xiàn)了面積大、作業(yè)速度快、產(chǎn)量高、產(chǎn)量穩(wěn)定的特點(diǎn)，這些的實(shí)現(xiàn)都離不開(kāi)電氣自動(dòng)化技術(shù)。現(xiàn)代化礦井普遍采用自動(dòng)化采煤控制系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行采煤工作。

現(xiàn)代化礦井的綜采面通常是由二三百臺(tái)設(shè)備同時(shí)工作、相互配合完成的生產(chǎn)工作，這些設(shè)備通常是采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)和帶式輸送機(jī)[4]。應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)后，出現(xiàn)了功率相對(duì)較大的滾筒式采煤機(jī)，該設(shè)備有效的提高了單位時(shí)間的產(chǎn)量，同時(shí)這些采煤機(jī)能夠在惡劣環(huán)境中作業(yè)，抗污能力較強(qiáng)，保證了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。同時(shí)現(xiàn)代化礦井中一個(gè)工作面的液壓支架就多達(dá)數(shù)百臺(tái)，每臺(tái)液壓支架的支撐力高達(dá)10000噸左右，這些液壓支架的應(yīng)用可以保證作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)頂板的穩(wěn)定性，為開(kāi)采工作的進(jìn)行提供良好的環(huán)境。電氣自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用極大的提高了生產(chǎn)效率，且更大程度上保證了生產(chǎn)的安全性。同時(shí)利用電氣自動(dòng)化技術(shù)能更好的監(jiān)測(cè)到采煤機(jī)的故障并作出相應(yīng)診斷，極大的提高了設(shè)備的易用性，減少了不安全事故的發(fā)生。近些年，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，電氣自動(dòng)化中心能夠?qū)崟r(shí)的診斷井下設(shè)備故障，極大地提高了生產(chǎn)效率。

(2)電氣自動(dòng)化技術(shù)在礦井通風(fēng)工作上的應(yīng)用

煤礦生產(chǎn)活動(dòng)中，礦井通風(fēng)工作發(fā)揮著重要作用，如果通風(fēng)問(wèn)題得不到解決，很容易造成威脅生命安全的事故。眾所周知，煤礦生產(chǎn)為地下作業(yè)，地下氣體流動(dòng)性較差，且開(kāi)采過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的瓦斯氣體及其他有害氣體，當(dāng)這些氣體在空氣中達(dá)到一定濃度時(shí)極易發(fā)生爆炸，嚴(yán)重危害工人人員的生命安全。因此，現(xiàn)代化礦井通常規(guī)定當(dāng)風(fēng)機(jī)故障停止工作超過(guò)十分鐘時(shí)，井下必須停止作業(yè)。風(fēng)機(jī)故障超過(guò)十分鐘未切換到備用風(fēng)機(jī)，視為重大安全事故。

現(xiàn)代化礦井中，電氣自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在了礦井通風(fēng)領(lǐng)域，通風(fēng)設(shè)備及系統(tǒng)在不斷的升級(jí)換代。機(jī)遇電氣自動(dòng)化技術(shù)的井下通風(fēng)系統(tǒng)，多選用PLC作為下位機(jī)，實(shí)現(xiàn)PLC遠(yuǎn)程控制程序，通過(guò)遠(yuǎn)程控制中心可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到井下通風(fēng)設(shè)備的運(yùn)行狀況，且在遠(yuǎn)程控制中心可進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)、切換設(shè)備等操作，既提升了工作效率又達(dá)到了節(jié)能減排的目的。同時(shí)配合通風(fēng)系統(tǒng)，現(xiàn)代化礦井建立了風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)，在礦井的各個(gè)位置安裝了溫度濕度監(jiān)測(cè)裝置、氣體探測(cè)裝置等，依賴于電氣自動(dòng)化技術(shù)信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和及時(shí)性，在遠(yuǎn)程控制中心，工作人員可以實(shí)時(shí)的掌握礦井下的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整通風(fēng)設(shè)備的送風(fēng)量，從根本上降低了井下作業(yè)的安全隱患發(fā)生事故的概率。

(3)電氣自動(dòng)化技術(shù)在礦井排水工作上的應(yīng)用

我國(guó)地下水資源豐富，煤礦開(kāi)采過(guò)程中勢(shì)必會(huì)面臨井下排水的問(wèn)題，井下排水系統(tǒng)也是現(xiàn)代化礦井生產(chǎn)系統(tǒng)重要的組成部分。煤礦開(kāi)采過(guò)程中，如果沒(méi)有及時(shí)排走多余的地下水，就會(huì)發(fā)生透水事故，威脅工作人員的生命安全。電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用在井下排水工作上，能夠讓控制中心的工作人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井下排水情況，適時(shí)的對(duì)相應(yīng)的情況作出處理，這極大地提升了井下排水工作的效率，增加了排水系統(tǒng)的可靠性，保障了煤礦開(kāi)采工作的順利進(jìn)行。并且現(xiàn)代化技術(shù)可以讓這些數(shù)據(jù)傳回指揮中心，這些數(shù)據(jù)對(duì)于高層管理人員做出決策有重要的指導(dǎo)意義。

(4)電氣自動(dòng)化技術(shù)在礦井運(yùn)輸工作上的應(yīng)用

礦井運(yùn)輸系統(tǒng)就是煤礦運(yùn)營(yíng)的大動(dòng)脈，是煤礦生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。隨著現(xiàn)代化技術(shù)的運(yùn)用，煤礦的產(chǎn)量逐年攀升，因此礦井運(yùn)輸系統(tǒng)的工作負(fù)荷也逐年增加，每一年都有更多的煤炭需要從地下輸送到地表。隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，DCS結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、PLC計(jì)算機(jī)技術(shù)被應(yīng)用在了礦井運(yùn)輸工作中[5]，有效的提高了煤炭運(yùn)輸?shù)乃俣群托?，同時(shí)也保證了煤炭運(yùn)輸?shù)陌踩裕α嗣禾科髽I(yè)的發(fā)展。

以前，煤炭從地下運(yùn)輸?shù)降乇碇饕倪\(yùn)輸設(shè)備是膠帶，這樣的運(yùn)輸設(shè)備故障率高，運(yùn)輸效率低下，且運(yùn)輸過(guò)程中極易發(fā)生不安全事故。電氣自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)用到礦井運(yùn)輸工作上，采用了如柔性定點(diǎn)彎曲技術(shù)、膠輪油氣懸掛行走裝置、變頻電動(dòng)滾筒多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)技術(shù)、分布式控制系統(tǒng)，極大的提升了設(shè)備的運(yùn)輸能力，降低了故障發(fā)生率。同時(shí)，為滿足生產(chǎn)過(guò)程的需要，達(dá)到嚴(yán)格控制運(yùn)輸設(shè)備的目的，現(xiàn)代化礦井增加了運(yùn)輸工作的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要運(yùn)用了數(shù)字直流調(diào)控技術(shù)，可以在控制中心監(jiān)測(cè)運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)行情況，降低設(shè)備發(fā)生意外的概率，為煤礦運(yùn)輸工作進(jìn)行保駕護(hù)航。

4.總結(jié)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦生產(chǎn)呈現(xiàn)了設(shè)備大型化、高度自動(dòng)化的特點(diǎn)，人員少、規(guī)模大、技術(shù)優(yōu)是我國(guó)現(xiàn)代化礦井發(fā)展的必然趨勢(shì)。電氣自動(dòng)化技術(shù)對(duì)于煤礦實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化、智能化具有重要意義。同時(shí)，煤礦生產(chǎn)的特殊性要求電氣自動(dòng)化技術(shù)能夠適應(yīng)復(fù)雜的井下作業(yè)環(huán)境并能適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)性的生產(chǎn)特性。目前，電氣自動(dòng)化技術(shù)主要應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)的綜合開(kāi)采工作、礦井通風(fēng)工作、礦井排水工作以及礦井運(yùn)輸工作。但隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，井下電氣自動(dòng)化技術(shù)在可靠性、長(zhǎng)時(shí)性方面表現(xiàn)不佳，這是我國(guó)煤礦電氣自動(dòng)化技術(shù)下一步需要攻克的難題。