自動(dòng)化技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用

李憲穎

（陜西郭家河煤業(yè)有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721500）

現(xiàn)如今我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展已經(jīng)步入了快速發(fā)展的階段，各個(gè)領(lǐng)域?qū)τ诟黝惸茉促Y源的需求量在不斷地增加，對(duì)煤礦企業(yè)的生產(chǎn)工作提出了更高的要求。煤炭行業(yè)要想保證自身持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，就需要將最先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)合理地運(yùn)用到煤礦機(jī)電設(shè)備之中，從而不斷地提高煤礦工作的效率，促進(jìn)煤礦生產(chǎn)自動(dòng)化水平的提高，為我國(guó)煤礦事業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 煤礦機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)概述

自動(dòng)化技術(shù)主要是在無人的情況下，借助機(jī)械設(shè)備也能將信息傳輸和處理，與此同時(shí)，還能做到全面檢測(cè)和實(shí)際控制工作，在無人的情況下達(dá)到預(yù)期生產(chǎn)目的。這種方式主要借助交叉學(xué)科實(shí)行運(yùn)用，通過計(jì)算機(jī)、電子技術(shù)、自動(dòng)化控制等多種現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)相互結(jié)合，形成一門綜合性的學(xué)科[1]。由于國(guó)外自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展比較早，在20 世紀(jì)就已經(jīng)將生產(chǎn)機(jī)械與自動(dòng)化相互結(jié)合，通過長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的研究成果，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦機(jī)電產(chǎn)品功能的提高。這種技術(shù)的提升主要借助PCL 控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、傳感技術(shù)等科學(xué)技術(shù)相互結(jié)合，促進(jìn)煤礦機(jī)械技術(shù)科學(xué)提升至新的階段。另外，國(guó)外機(jī)械設(shè)施的最大優(yōu)勢(shì)就是借助自動(dòng)化技術(shù)作為主要基礎(chǔ)，在諸多軟件運(yùn)用中，通過電子控制系統(tǒng)對(duì)機(jī)械行業(yè)實(shí)行控制。現(xiàn)如今，我國(guó)煤礦企業(yè)最主要的發(fā)展目標(biāo)就是提升煤礦設(shè)施水平，從而實(shí)現(xiàn)煤礦機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)不斷優(yōu)化[2]。

2 煤礦機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 保證煤礦生產(chǎn)的安全性和可靠性

機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)具有良好的安全性和穩(wěn)定性。與以往煤礦生產(chǎn)中人工操作技術(shù)相比，將機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)加以實(shí)踐運(yùn)用，可以對(duì)煤礦生產(chǎn)過程中涉及的所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)加以監(jiān)督和管控，從而能夠及時(shí)、高效地對(duì)生產(chǎn)中所存在的問題加以判斷，進(jìn)而利用有效的方法來加以解決，保證生產(chǎn)工作有序、高效地開展。尤其是在各種復(fù)雜環(huán)境下，進(jìn)行煤礦的生產(chǎn)工作往往會(huì)遇到諸多的隱形風(fēng)險(xiǎn)。

所以，要想切實(shí)保證煤礦生產(chǎn)工作的安全性和高效性，就需要積極地將自動(dòng)化技術(shù)合理地應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐之中，促進(jìn)煤礦生產(chǎn)效率的提升。

2.2 具有智能化特征

煤礦機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)具有明顯的智能化特征。當(dāng)下智能化技術(shù)被人們合理地運(yùn)用到了諸多領(lǐng)域之中，煤礦機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)踐運(yùn)用，也凸顯出了智能化的特征，利用這項(xiàng)技術(shù)能夠自動(dòng)完成對(duì)煤礦生產(chǎn)中涉及的所有信息數(shù)據(jù)的收集和處理，從而確保機(jī)電設(shè)備能夠始終維持在穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)[3]。在確保安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，能夠切實(shí)地縮減機(jī)電設(shè)備的維修成本，提高開機(jī)率，同時(shí)也可以為煤礦生產(chǎn)工作的實(shí)施創(chuàng)造良好的工作環(huán)境，盡可能地控制各類危險(xiǎn)事故的發(fā)生。

2.3 具有集成化特征

煤礦機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)的主要特征是可以根據(jù)人機(jī)的管理系統(tǒng)，將所有性能自動(dòng)實(shí)行全面改善，從而達(dá)到動(dòng)態(tài)監(jiān)控。與此同時(shí)，合理依靠煤礦生產(chǎn)中的各項(xiàng)流程進(jìn)行監(jiān)控，促進(jìn)煤礦相關(guān)人員根據(jù)實(shí)際情況，合理掌控整個(gè)生產(chǎn)狀態(tài)。

另外，煤礦機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)主要提供信息采集、計(jì)算機(jī)設(shè)備、傳導(dǎo)部件等完成相關(guān)工作，由于設(shè)備集成化的功能具有高效率，可以為大幅度提升國(guó)內(nèi)煤礦生產(chǎn)技術(shù)提供有力保障[4]。

3 自動(dòng)化技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中應(yīng)用的必要性分析

3.1 有效地提高煤礦生產(chǎn)效率

首先，將自動(dòng)化技術(shù)切實(shí)地運(yùn)用到煤礦企業(yè)機(jī)電設(shè)備之中，在提高生產(chǎn)效率和安全生產(chǎn)方面能夠起到重要的作用。其實(shí)質(zhì)是將自動(dòng)化和智能化技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中加以合理地運(yùn)用，借助數(shù)字、電力以及計(jì)算機(jī)等先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備來促進(jìn)機(jī)械設(shè)備工作效率的提高。其次，還能夠結(jié)合設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況對(duì)設(shè)備加以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，達(dá)到提升設(shè)備工作效率的目的，增強(qiáng)企業(yè)的綜合實(shí)力，推動(dòng)企業(yè)的穩(wěn)步健康發(fā)展。

3.2 有利于提升煤礦安全生產(chǎn)系數(shù)

將自動(dòng)化技術(shù)合理地運(yùn)用到煤礦機(jī)電設(shè)備之中可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)生產(chǎn)工序的監(jiān)督，從而能夠及時(shí)地對(duì)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中存在的問題加以判斷，為后續(xù)工作人員維保工作的實(shí)施提供所需的信息數(shù)據(jù)[5]。對(duì)于設(shè)備帶病運(yùn)行或事故狀態(tài)有超前預(yù)判，諸如，在具有較高風(fēng)險(xiǎn)的煤礦生產(chǎn)中，會(huì)因?yàn)槭艿酵饨缍喾矫嬉蛩氐挠绊懀詴?huì)產(chǎn)生大量的危險(xiǎn)因素，這對(duì)工作人員的人身安全造成一定的威脅，并且對(duì)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)造成明顯的阻礙。而將自動(dòng)化技術(shù)加以運(yùn)用，可以預(yù)警環(huán)境中存在的危險(xiǎn)因素，從而協(xié)助工作人員高效地對(duì)隱患進(jìn)行排除。此外還應(yīng)當(dāng)加大對(duì)煤礦機(jī)電設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)工作，促進(jìn)機(jī)械設(shè)備綜合性能的不斷提升，帶動(dòng)煤礦安全生產(chǎn)系數(shù)的提高。

3.3 檢測(cè)設(shè)備故障并及時(shí)處理

自動(dòng)化技術(shù)以及智能化技術(shù)的合理運(yùn)用，可以針對(duì)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行過程中的各類信息數(shù)據(jù)以及設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行全面的監(jiān)控，從而盡早發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，并將信息提供給工作人員，工作人員根據(jù)信息有針對(duì)性地解決問題，從而保證設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性。智能化技術(shù)的運(yùn)用，可對(duì)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)于重點(diǎn)數(shù)據(jù)可以自行進(jìn)行調(diào)整，從而確保設(shè)備能夠始終維持在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)[6]。

4 自動(dòng)化技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用分析

4.1 在煤礦監(jiān)控設(shè)備中的應(yīng)用

1.優(yōu)化和完善煤礦生產(chǎn)監(jiān)控體系：煤礦生產(chǎn)工作通常都是在地下進(jìn)行的，其危險(xiǎn)系數(shù)相對(duì)較高，極易發(fā)生各類危險(xiǎn)事故，所以會(huì)對(duì)工作人員的人身安全造成一定的威脅，不利于煤礦企業(yè)的穩(wěn)步健康發(fā)展。要想切實(shí)地解決上述問題，最為重要的就是應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，優(yōu)化和完善煤礦生產(chǎn)監(jiān)控體系，促進(jìn)企業(yè)朝著一體化的方向發(fā)展。對(duì)機(jī)電一體化監(jiān)控系統(tǒng)綜合分析研究后發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)整體水平還沒有達(dá)到完全成熟，其中還存在諸多的問題需要切實(shí)解決。就實(shí)際情況來說，監(jiān)控系統(tǒng)覆蓋范圍十分廣泛，不但可以對(duì)井下排水系統(tǒng)進(jìn)行全面的監(jiān)控，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)輸系統(tǒng)、供電系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制。

2.及時(shí)提報(bào)準(zhǔn)確判斷：經(jīng)過分析總結(jié)發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的功能主要集中在以下幾個(gè)方面。首先，在煤礦企業(yè)生產(chǎn)過程中如果遇到礦井內(nèi)出現(xiàn)任何危險(xiǎn)事故，自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)可以立即將相關(guān)信息提報(bào)給管理部門，確保工作人員對(duì)事故的位置和情況進(jìn)行了解。其次，自動(dòng)通信技術(shù)的實(shí)踐運(yùn)用，能夠?qū)κ鹿拾l(fā)生的主要根源進(jìn)行準(zhǔn)確地判斷，從而為后續(xù)事故處理工作提供良好的幫助。再次，可以為救援工作的實(shí)施提供需要的信息數(shù)據(jù)，綜合各方面情況來制定恰當(dāng)?shù)木仍桨福M可能地控制損失范圍。最后，結(jié)合監(jiān)控信息，管理人員可以對(duì)工作的實(shí)施予以良好的規(guī)劃安排，從而促進(jìn)生產(chǎn)工作效率的提高[7]。

4.2 在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用

針對(duì)現(xiàn)在煤礦機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行情況加以綜合分析發(fā)現(xiàn)，在各類煤礦機(jī)電設(shè)備中，礦井提升機(jī)是當(dāng)前自動(dòng)化水平最高的設(shè)備。當(dāng)前煤礦生產(chǎn)中礦井提升機(jī)通常都是被用來進(jìn)行煤炭和生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備運(yùn)輸?shù)摹Ｔ趯?shí)踐生產(chǎn)過程中，煤礦開采工作的整體效率和質(zhì)量往往都與礦井提升機(jī)的運(yùn)行情況存在密切的關(guān)聯(lián)。當(dāng)前，礦井提升機(jī)的運(yùn)行都是統(tǒng)一由電控系統(tǒng)來完成的，在整個(gè)電控系統(tǒng)之中，自動(dòng)化技術(shù)的作用是十分巨大的，這也充分地說明了自動(dòng)化技術(shù)的水平與礦井提升機(jī)的運(yùn)行存在密切的關(guān)聯(lián)。當(dāng)下，國(guó)內(nèi)大部分煤礦企業(yè)使用的都是全數(shù)字化的礦井提升機(jī)，這類設(shè)備的自動(dòng)化技術(shù)水平更高，其實(shí)質(zhì)是利用電腦設(shè)備來進(jìn)行編程從而實(shí)現(xiàn)對(duì)控制器運(yùn)轉(zhuǎn)的調(diào)控。確保提升機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和安全性，盡可能地避免各類危險(xiǎn)事故的發(fā)生，從而實(shí)現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)長(zhǎng)治久安。

4.3 在煤礦掘進(jìn)工作面中的應(yīng)用

1.巖層識(shí)別技術(shù)。在工作面掘進(jìn)過程中，巖層識(shí)別的情況會(huì)對(duì)煤礦開采的效率等方面產(chǎn)生直接的影響，掘進(jìn)機(jī)械根據(jù)負(fù)荷情況，會(huì)對(duì)巖層、煤層硬度識(shí)別能力等產(chǎn)生較大的影響，最終體現(xiàn)在掘進(jìn)機(jī)械的運(yùn)行速度上。在對(duì)巖層、煤層等進(jìn)行切割時(shí)，掘進(jìn)機(jī)械內(nèi)壓力、油缸旋轉(zhuǎn)速度及電壓、電流等均會(huì)有較大差異，從而對(duì)煤巖層整體的識(shí)別產(chǎn)生較大的影響。在具體識(shí)別的過程中，識(shí)別功能主要通過截割不同參數(shù)，對(duì)煤巖層界面實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)判斷[8]。在截割工作中，會(huì)根據(jù)煤、巖層的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)識(shí)別。例如，在沿著巷道底板掘進(jìn)時(shí)，如果底板上有巖石出現(xiàn)，這時(shí)機(jī)電設(shè)備可自動(dòng)對(duì)電磁比例閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而推動(dòng)截割工作順利開展。若在對(duì)底板進(jìn)行截割時(shí)，遇到了巖石，則能夠判斷屬于底板，并有針對(duì)性地進(jìn)行截割。

2.自動(dòng)截割技術(shù)。在掘進(jìn)機(jī)工作的過程中，通過自動(dòng)截割技術(shù)與運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)控加工技術(shù)等方面的有效結(jié)合，以全部掌握掘進(jìn)機(jī)工作過程中截割頭的實(shí)際位置，再通過導(dǎo)航、截割等，實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)機(jī)工作情況的實(shí)時(shí)掌握。在掘進(jìn)機(jī)工作過程中，技術(shù)人員需根據(jù)操作流程開展相關(guān)的操作工作，若掘進(jìn)機(jī)在工作過程中出現(xiàn)了受力、煤巖等因素的影響，在位置方面會(huì)出現(xiàn)較大的偏離，其中會(huì)出現(xiàn)較大的振動(dòng)、噪聲等。所以，在出現(xiàn)這些問題后，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)，通過對(duì)截割面軌跡、參數(shù)等進(jìn)行調(diào)整，保證截割頭按照設(shè)計(jì)開展作業(yè)施工。同時(shí)，為了有效提升施工作業(yè)的精準(zhǔn)度，應(yīng)當(dāng)采取DSP 運(yùn)動(dòng)控制的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)作業(yè)的閉環(huán)控制。

3.掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)糾偏技術(shù)。為了確保掘進(jìn)機(jī)在工作過程中能夠沿著巷道中心線持續(xù)前進(jìn)，防止出現(xiàn)偏移的問題，在掘進(jìn)機(jī)進(jìn)入下個(gè)工作環(huán)節(jié)后，應(yīng)當(dāng)在機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)糾偏。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)糾偏的效果，應(yīng)當(dāng)從方向、位置等方面進(jìn)行判斷。在其中可使用三維電子羅盤儀，對(duì)掘進(jìn)機(jī)方向進(jìn)行針對(duì)性的判斷，主要是通過對(duì)掘進(jìn)機(jī)方向夾角進(jìn)行判斷的方式，將巷道中心線與掘進(jìn)機(jī)中心線之間所形成角度偏差進(jìn)行判別，并將這些數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，通過激光指示儀實(shí)現(xiàn)對(duì)方向的有效糾正，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)機(jī)方向的有效控制。

4.4 在井下傳送帶中的應(yīng)用

在煤礦企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，井下傳送帶作為運(yùn)輸中的一個(gè)關(guān)鍵性設(shè)備，必須保證能夠連續(xù)地進(jìn)行作業(yè)，而傳統(tǒng)的礦井井下傳送帶已經(jīng)無法滿足目前對(duì)于生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)男枨螅\(yùn)輸量較低，安全性也有待提高，在使用了國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的運(yùn)輸設(shè)備后，極大地改善了這一現(xiàn)狀。新型的帶式運(yùn)輸機(jī)主要運(yùn)用了機(jī)電一體化技術(shù)以及變頻器控制技術(shù)，確保煤礦生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)倪B續(xù)性。在新型的帶式運(yùn)輸機(jī)中更加智能化，最大程度地提高了設(shè)備的開機(jī)率。但是在現(xiàn)階段煤礦機(jī)電自動(dòng)化集控技術(shù)在傳送帶中的應(yīng)用仍然存在著一些問題亟待解決，其中最為突出的問題就是礦井傳送帶運(yùn)輸距離較長(zhǎng)，變坡點(diǎn)較多，這就為礦井膠帶運(yùn)輸增加了運(yùn)行的安全隱患。

4.5 在采煤機(jī)中的應(yīng)用

在煤礦井下作業(yè)中采煤機(jī)也是一個(gè)重要的基礎(chǔ)性設(shè)備，煤礦機(jī)電自動(dòng)化集控技術(shù)在采煤機(jī)中的應(yīng)用更為集中化，目前常見的電牽引采煤機(jī)就應(yīng)用了電牽引的新型技術(shù)，既能夠?yàn)椴擅簷C(jī)的運(yùn)行提供電能的牽引，又能確保采煤機(jī)工作性能具有較高的穩(wěn)定性，設(shè)備發(fā)生故障的可能性降低，在設(shè)備實(shí)際運(yùn)行的過程中維修保養(yǎng)工作量小，所以在煤礦生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。在電牽引采煤機(jī)使用前，應(yīng)根據(jù)煤礦生產(chǎn)的實(shí)際情況，對(duì)其中的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，更好地發(fā)揮出電牽引采煤機(jī)在傳動(dòng)方面的優(yōu)勢(shì)。隨著各種信息技術(shù)的不斷發(fā)展，在煤礦生產(chǎn)的過程中，電牽引采煤機(jī)也得到了廣泛的推廣和應(yīng)用，性能上逐漸趨于穩(wěn)定，技術(shù)已經(jīng)成熟可靠，可以預(yù)見，在未來電牽引采煤機(jī)將作為基礎(chǔ)設(shè)備，在煤礦生產(chǎn)過程中越來越發(fā)揮更大的作用。

總的來說，我國(guó)煤炭開采企業(yè)在電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用上有好有差。一般來說，做得差的企業(yè)就是一些產(chǎn)量偏低、交通不便的小礦，這類企業(yè)更應(yīng)該加大應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，降低成本。而在電氣自動(dòng)化應(yīng)用得好的企業(yè)中，也不是各個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)用得好，有些環(huán)節(jié)還是比較薄弱的。這類企業(yè)應(yīng)該大量使用國(guó)產(chǎn)設(shè)備和新設(shè)備，努力追趕世界先進(jìn)水平。煤炭產(chǎn)業(yè)是我國(guó)最重要的能源產(chǎn)業(yè)之一，煤炭產(chǎn)業(yè)對(duì)我國(guó)未來的經(jīng)濟(jì)發(fā)展非常重要。因此，我們要大力提升我國(guó)煤炭機(jī)械設(shè)備的電氣自動(dòng)化應(yīng)用水平，努力提高煤炭產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率。