煤礦電氣自動化控制系統創新設計研究

高亞超

摘? 要：我國正在推進能源轉型，促進能源使用的生態化和可持續化。就目前而言，煤炭仍是我國的主要能源來源，并將在相當長的時期內保持這一地位。為了適應能源生態化與可持續化的要求，煤炭相關企業和研究機構應該提升煤礦開采的自動化水平，實現對煤礦的高效綜合利用和保護性開采。該文基于煤礦自動化趨勢的現實背景，對煤礦電氣自動化控制系統進行設計，期望能幫助促進我國煤炭行業的電氣自動化水平提升。

關鍵詞：煤礦設計? 電氣自動化? 控制系統? 設計研究

中圖分類號：TP18? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）04（a）-0044-03

Research on Innovative Design of Coal Mine Electric Automation Control System

GAO Yachao

（Shaanxi Yanchang Petroleum mining industry Balasu Coal Industry Co.， Ltd.， YuLin， Shaanxi? Province， 719000 China）

Abstract： China is promoting energy transformation， promoting the ecological and sustainable use of energy. At present， coal is still the main energy source of our country， and will keep this status for a long time. In order to meet the requirements of energy ecology and sustainability， coal enterprises and research institutions should enhance the automation level of coal mining， and realize the high-efficient comprehensive utilization and protective mining. Based on the practical background of Coal Mine Automation Trend， the paper designs the coal mine electrical automation control system， hoping to help promote the level of electrical automation in China's coal industry.

Key Words： Coal mine design; electrical automation; Control system; Design research

煤礦電氣自動化控制系統對煤礦的開采經營至關重要，是提升煤礦開采效率，保證煤礦員工安全，實現生態開采的重要基礎。筆者的相關設計包括監控系統、預警系統和自動化作業系統3個部分內容。該集成系統可以全過程監控煤礦企業的生產，保證自動化控制效果，希望能對業界同仁和科研人員有所啟迪。

1? 自動化監控系統

1.1 自動化基礎監控

自動化監控系統的核心是礦山調度中心，該調度中心應該能夠全方面監視和控制煤礦生產、運輸的過程[1-2]。調度中心位于地上部分，能夠通過企業內部安全網絡控制地上和地下所有工作人員和運營設備，保證對人員的安全調度和對機器設備的科學使用，保證煤礦的無休息運行。工程師在該部分的設計中，期望調動中心達到優化煤礦生產過程，提高煤礦生產效率的預期效果[3-4]。相關設計人員在對自動化基礎監控系統進行設計之初，就已經清楚地認識到設備的單純擴大化，生產出僅僅是動力更加強勁、體積更加龐大的采礦機械并不利于采礦企業效益的提升，不利于資源可持續開發目標的實現。

1.2 自動化運輸監控

自動化運輸監控系統主要監控煤流在礦企內部的輸送全過程。該系統不但監控工作面巷道煤流運輸、帶式機煤流輸送、煤倉輸送等過程，而且協調不同煤流輸送設備的工作進度，可以保障全部輸送過程的穩定、可靠，保障運輸系統的持續高效運行。自動化的煤流運輸系統可以對煤礦的運輸過程進行全新的科學化安排，提高煤流運輸的合理性，能夠減少在煤流運輸過程中的變動問題的出現，可以精簡對于不必要員工的設置，節約成本，提高運輸效率?；诿毫鬟\輸環節的自動化，相關的主要機械設備和輔助設備可以長時間處于被運行狀態，不會像人工一樣因為情緒、態度等出現工作失誤或者工作效率變慢的情況。因為機械是不會被人類的情感因素所影響的，自動化煤流運輸系統能夠提高企業的煤流運輸的可靠性，保證生產和運輸環節的穩定持續。在自動化運輸中，全部的運輸過程都處于系統控制之下，系統的高精度決定了運輸系統的高質量，其能夠在相當敏感的數量級情況下進行煤礦的運輸，能夠提高煤礦系統的整體質量。該系統可以將煤流運輸信息實時輸送到基礎監控系統，并將分析后的信息傳輸到相關工作人員的接收設備，實現不同工作人員基于系統調度的互相配合，保證工作的效率與科學。

1.3 自動化物流監控

自動化物流監控系統監控不同礦井空間與礦井和地上空間的物流運輸過程。該系統可以實現對物流過程信息、物流設備信息、物流人員信息等的數據化監控。當數據出現異常時，物流監控系統會將異常信息做成異常分析報告傳輸到基礎監控系統，組織調度相關人員和自動化設備調整物流運行過程，保證物流運輸的及時、可靠。系統可以根據物品不同對運輸對象進行科學分類，根據分類不同自動配置物流運輸的數量與速度，配合企業的生產、運輸計劃。當發生部分生產資料不足的臨時狀況時，系統可以根據物流運輸目標的調整自動調整物流運輸計劃，保證生產資料的優先運輸，保證總體生產狀況的穩定。物流運輸的每一臺設備都通過內部物聯網系統聯結到物流監控中心，因此可以保證物流計劃實施的可控性。

1.4 自動化綜掘監控

自動化綜掘系統監控綜掘作業的運行。綜掘作業目前主要以人工為主。該系統不但可以為員工提供數據分析和策略的幫助，還可以連接自動化綜掘設備。當企業進行設備更替，用機器人等代替人工之時，就可以直接利用綜掘監控系統控制機器人的綜掘作業，實現工作方式變更的無縫銜接。通過自動化的綜掘監控系統與自動化設備的連接，綜掘作業可以釋放出更多的設備資源，能夠減少對綜掘機械的不當使用和過度使用，提高綜掘設備和其他相關輔助設備的使用壽命。同時，自動化的綜掘及其監控工作，還能夠降低機械的維修成本和維修壓力，讓自動化綜掘系統始終處于最佳使用狀態之下。即便是人工的綜掘作業，該系統也可以對員工的掘進、搭棚、打錨桿、填充等行為進行安全性分析和評價，為員工提供改進策略，大幅度降低工作的危險性，提升員工工作的效率。在綜掘作業發生危險之前，該系統可以根據監測到的安全數據提醒工作人員及時遠離危險場地，保證員工的生命安全。

1.5 自動化綜采監控

自動化綜采監控系統可以監控和調度綜采工作面，根據工作面的數量不同，可以協同不同工作面的工作。該系統能夠同時監控和協調不同工作面的工作，監控從工作面到輸送帶的全過程，保證綜采監控系統與運輸監控系統的有效銜接。該系統能夠運用數據中心對綜采工作進行自動分析，出現數據顯示異常時自動報警，啟動預備措施，保證綜采工作的安全。該系統同時提供可視化的數據平臺，實現工作人員與自動化平臺間的協調統一。工作人員可以在自動運行與人工運行的模式之間自行選擇。在日常的綜采工作中，該系統可以代替人工對設備進行維護，根據設備的使用情況合理調整設備功率和使用頻率，延長設備的使用壽命，降低企業經營成本。當井下發生安全危險時，該系統能夠根據監測裝置全面檢測危險發生地數據，利用大數據和云計算技術系統分析危險發生的成因，提出自動化解決方案。當需要員工進行人工操作時，系統可以分析提供最佳操作方案，并實時監控作業的環境，保證維修高效與安全。工作人員還可以利用系統建立溝通交流平臺，保證人員間的工作協調。

2? 自動化預警系統

除了監控系統之外，該集成系統還擁有自動化預警中心，將監控系統中的危險信息進行集中分析與處理，判斷危險等級，及時發出預警信號。該預警系統相當于全面醫生，能對礦企的整體運行狀況按時進行分析，從對數據的搜集、整理、分析判斷煤礦生產的整體安全水平，提前發現煤礦的安全風險，在全局層面提供風險化解方案。當監控系統沒有發現危險時，會對礦山的整體運行進行日常的維護與分析，定制危險等級分析和危險可能來源的報告。該系統的定制報告可以根據相關工作人員的請求進行有針對的地變化。當相關工作人員有特定方面的安全因素分析需求時，工作人員可以利用自動化預警系統定制具體的數據收集和分析報告。該報告可以是基于所特定的數據觀察點的數據而被搜集整理而成，也可以是基于其他維修人員的工作報告整理而成，還可以是基于設備的日常運行數據而被制作而成。相關人員利用安全情況分析報告可以準確掌握每天的煤礦運行狀況，保證自身的工作安全，盡量減低安全風險發生的概率。相關工作人員也應該定時更新自動化預警系統的安全分析能力，保證安全分析的正常進行。當監控系統發現危險時，預警系統會判斷分析危險源對其他煤礦部分的安全影響等級，同時將每一次危險事故進行記錄，為企業負責人的安全和生產決策提供經驗和數據支持。預警系統還會根據工作職務的不同發布不同的針對性命令，保證在發生警報情況下的各部門之間的密切配合，保證安全保障工作的正確運行。

3? 自動化作業系統

3.1 自動化井下作業

自動化井下作業系統能夠協調井下與地面設備的整體運行，保證井下采礦工作的全自動化[5-6]。該部分的核心是高級別的數據處理和控制軟件，需要企業有信息技術方面的支持。該系統可以保證井下支持系統與工作系統的協調一致，保證采掘工作的科學、高效。該系統應該可以實現井下相關設備數據的及時上傳，在上傳之前，該系統應該可以對井下作業的相關設備運行數據進行預先處理，減少需要上傳的數據量，提升數據上傳效率，提高整個系統的運行效率。而地面的信息傳輸與處理中心能夠及時自動處理上傳的信息數據，根據井下作業環境的實際變化更改設備數據，保證井下設備的合理運行。該系統實現了根據作業環境變化進行設備數據隨時變化的能力。該系統不止應該能控制井下作業和井上設備的運行，還應該能夠控制相關的水、電、風等要素的供給，實現對采礦環境的一體化控制的功能。該系統可以通過物聯網系統和芯片控制系統控制全部井上、井下設備，集中運行，實現各個環節的自動化銜接。

3.2 自動化綜采工作面

自動化綜采工作面系統能夠自動控制工作面的運行，自動變更工作面狀況，適應綜采環境。該系統同樣需要計算機軟件的支持。大數據、芯片、云計算等產業的發展可以給該系統的開發帶來技術支撐。利用該系統，煤礦企業可以在視覺上直接控制各種現代化采煤機械的運行，保證采煤機械的運行與電腦顯示相一致。利用該系統，煤礦企業可以檢測所有設備的歷史運行數據和當時運行數據，保證數據的合理性和科學性，根據數據變化及時變更數據運行狀態。利用該系統，煤礦企業可以在虛擬空間內對綜采工作面進行監督和控制，可以處理綜采工作面的問題。利用該系統，煤礦企業可以自由調整工作面的具體工作細節，保證綜采工作面與煤礦開采計劃的一致性，保證企業經營秩序的正常。利用該系統，煤礦企業可以根據綜采工作面的具體情況進行對相關機械的再次賦值，保證設備運行的適當性。煤礦企業可以積極收購或者研發煤礦軟件，保證綜采系統的完善。

4? 結語

煤礦電氣自動化控制系統能夠實現煤礦產業的高效率運行，生態化運行。在世界能源格局多變，能源供應不穩定的背景下，礦企應該積極利用自動化技術提高對煤礦的開采水平，保證我國的能源安全和生態安全。

參考文獻

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