電氣自動化技術在煤礦機械設備中的應用

謝小飛

神木市職業技術教育中心 陜西神木 719399

我國人口數量龐大，生產生活耗費的資源與能源也非常多，但是，在全球水和煤炭資源不斷短缺的形勢下，采取一些有效的節能環保措施勢在必行。資源與能源節約不僅需要先進的生產技術和材料，還需要良好的機械設備，確保其可以進一步提高煤炭生產效率，在很大程度上減少能源消耗，大大節約成本，實現經濟效益與環保效益的雙贏局面。電氣自動化技術作為一個高等專業，所涉及的知識多元化，通過融合知識所形成的產物，就是電氣自動化技術的核心所在，而其正是能夠有效實現雙贏局面的關鍵所在。電氣自動化技術的應用非常廣泛，充分發揮了良好作用，直接促進了我國科技水平的提升。其中，煤炭資源對于我國經濟發展有著重要作用，在進行煤礦開采時，因為開采工作和形勢十分復雜，因此，適當融入電氣自動化技術能夠有效提高煤炭開采效率。而煤礦機械設備是煤礦生產的重要基礎，其中機械設備對煤礦生產的效率與安全有著直接性影響，而引進電氣自動化技術，不僅可以提高生產效率，還能夠在更大程度上確保安全，避免安全事故。

1 電氣自動化技術對煤礦開采的影響

1.1 對生產效率的影響

在我國煤礦生產機械設備中，所使用的技術主要包括計算機網絡技術、儀表控制技術、理論控制技術等，在煤礦生產中合理利用技術，既能夠全面促進煤炭生產率的提升，又能夠有效保障煤礦生產的安全性，最重要的是可以實現煤礦生產管理與控制的標準化與專業化。而且，隨著各項技術的快速發展，國內煤炭生產效率依舊在不斷提高，這將會為社會經濟發展帶來一定的推動作用。

1.2 對安全管理的影響

煤礦生產的主要環境就是礦井，礦井中環境十分復雜、惡劣，而且危險因素太多，工作人員在井下開采需要面臨巨大的危險，所以，加強安全重視是煤礦生產的關鍵。不論何時何況，都必須確保工作人員的生命安全，這就要求煤礦行業積極采取有效措施，全面提高安全生產管理水平。現代化的煤礦生產主要是以各式各樣的機械設備作為輔助，進行采掘和運輸等，而對于機械設備，則實現了電氣自動化控制，這樣一來，不僅可以在一定程度上避免在作業過程中產生的人為危險因素，降低安全隱患的發生概率，還能夠直接縮減作業和管理人員，有效防止自然災害引發的不安全性。從而進一步確保煤礦生產的安全。另外，充分合理利用電氣自動化技術，不僅可以提高危險源的辨識與控制概率，還有助于生產管理人員從根本上加強風險控制，大大降低事故發生概率，從而提高煤礦生產的安全管理水平。

2 煤礦機械設備中電氣自動化技術應用存在的主要問題

2.1 應用水平相對較低

電氣自動化技術在我國發展比較晚，速度也相對較慢，這就直接造成了電氣自動化技術在煤礦機械設備中應用的水平不高，尤其是和發達國家相比，有著明顯差距。目前，我國正在不斷創新研究相關技術，從而直接促進了電氣自動化技術的更新與優化，但是，其中一些關鍵性的技術，依舊沒有得到普遍應用，設備和技術的進口依賴性比較強，不僅如此，技術的發展與切實應用也明顯缺乏獨立性。

2.2 應用過程中依舊存在誤區

在煤炭機械設備上，合理利用電氣自動化技術，能夠促使煤炭生產的安全性和效率得到顯著提高，還能夠進一步強化對機械設備的管理與控制，提高煤炭質量，為相關企業帶來良好的經濟效益和社會效益。這就要求必須保障煤炭機械設備運行的穩定性與安全性，只有這樣，才能夠促使煤炭生產效率得到提升，以此為企業帶來顯著效益。但是，目前部分企業忽視了機械設備運行的穩定性與安全性要求，這樣很有可能會導致安全問題發生，進而對企業效益和員工安全造成嚴重威脅。

2.3 發展的速度相對較為緩慢

在煤礦實現現代化快速發展的新形勢下，各礦井必須不斷更新自身理念，去嘗試改變低效率、粗放式的生產模式，促使生產與管理實現精細化。而想要實現這一目標，就應全面引進電氣自動化技術，并促使其實現合理應用。但是，現階段我國煤礦機械設備的發展速度依舊很慢，整體效率相對較低，再加上煤礦機械設備電氣自動化改造會直接影響煤礦生產的正常運轉，從而直接增加了電氣自動化技術應用的初期成本與時間，導致技術實現的周期不斷延長，從而限制了電氣自動化技術在煤礦機械設備中的普遍推廣。

3 電氣自動化具體技術運用

3.1 在煤炭采掘設備中的應用

在煤炭采掘作業中，大多數煤礦企業的采掘設施設備都在朝著電牽引的方向發展，而且在實踐中獲得了一定的效果。其中，大部分采掘設備都有安置電機驅動，主要采用橫向安裝的方式進行電機控制。隨著煤炭采掘行業的快速發展，設備的整體裝機容量也隨著不斷增加，其中大量機械設備的總裝機功率都能夠達到大約1000～1500kW，牽引電機一般能夠達到120kW。通過交流電牽引的形式，進一步實現煤礦采掘電機的改造與優化，既能夠提高設備的牢固性與穩定性，還能夠在很大程度上降低設備污染，減少勞動量。計算機是進行自動化控制的關鍵，煤炭采掘設備全面應用了傳感技術和故障診斷技術，在具體應用時，可以看出其具備較好的穩定性和有效性。在工作面輸送機上，一些發達國家已經開始朝著重承載機的多元化方向不斷進步，電機也實現了雙速，而且已經開始通過計算機技術全方位監控煤礦工程的整個實施過程。另外，為了確保采煤足夠安全，液壓支架(如圖1)也開始引進計算機技術，以此對其進行有效操控，進一步滿足自動化的電液控制需要，并提供大量的供液運輸。自動化控制電液支架具有其自身的獨特優勢，不僅可以提高移動的速度，還能夠促使采煤效率得到提升。目前，我國一些煤礦采掘機械設備生產廠家和研究機構，已經開始在研制具備大功率的電牽引采煤機了，其中一些已經開始投入使用。然而，因為煤礦采掘工作輸送機的連接強度和運輸效率等相對較低，電液控制系統和微機控制技術都在初步研發階段，所以采掘設備的自動化技術還比較落后。

圖1 液壓支架

3.2 在煤炭運輸設備中的應用

為了進一步實現新形勢對煤炭采掘的要求，相關技術人員對實時監控工況的相關機械設備進行了深入探究與開發，根據PLC流程與原理，對監控裝置進行了優化改造。在新形勢下，煤炭運輸具備其自身的獨特優勢，即系統化與綜合化，地面監控有相應的配置，即DCS微機監控。現階段，在我國大多數地區煤礦生產過程中，不斷引進了膠帶機中監控和直流調速的全數字系統，所以也在很大程度上體現出了自動化監控的有效性和全面性。其中，全數字直流調速控制系統的具體配置如圖2。

圖2 全數字直流調速控制系統配置

與此同時，電氣自動化技術進一步衍生出了變頻技術，以此項技術作為載體，能夠實現煤礦機械運輸設備效率與能耗的全面優化，從而實現了維護機械設備使用壽命，大大降低煤礦生產成本的目的。在運輸機和提升機中，以變頻技術為基礎，有效控制電機運轉，并切實根據生產操作的實際需求，保證運輸機和提升機處于最佳的運轉狀態，以此實現降低能耗的環保目標。其中，變頻提升機系統具體如圖3。

圖3 變頻提升機系統

3.3 在自動化變電站中的應用

將電氣自動化技術應用到自動化變電站中去，能夠將計算機作為輔助，進行全面操控。在發生突發性故障的時候，變壓器的全面保護就會發揮應急作用，有效防止相間短路、匝間短路產生的損害。另外，在發生過流故障、過負荷故障、短路接地故障等的情況時，也能夠對變電站進行全面保護，在自動化變電設備中，安裝后臺監控設備，利用微機進行監控，后臺監控系統實際上屬于綜合性的變電站監控，在這一系統中，主要包括通信管理裝置、后臺監控微機、保護環節等。監控保護裝置內部，有一定的隔離層其設備主要是為了傳達指令，同時對后臺的運行狀況進行實時監控。監控機裝置一般可以將系統的相關信息，及時搜集起來，并顯示出來一一核對。

3.4 在通風系統、排水系統中的應用

在煤炭生產過程中，通風系統占據著重要地位，其中主要包括的機械設備十分復雜。所以，在通風系統中合理利用電氣自動化技術，需要注重對礦井內部環境進行詳細檢測，尤其是瓦斯濃度和粉塵濃度。并且，對于通風系統，需要加強自動化控制，以所檢測的數據信息作為依據，對系統的運行狀態進行適當調整，從而保證瓦斯濃度和粉塵濃度等不會影響煤炭生產。在煤炭生產過程中，排水系統也非常關鍵，需要注重自動排水和給水，嚴格控制水量。同時，還需要在排水系統出問題的時候，及時發現問題，并處理故障，從而確保煤礦開采的安全。自動化技術還需要統計排水系統運行的各項相關數據信息，并匯總到數據庫中去，以此方便后續查閱、借鑒。

3.5 在安全保障設備、裝置中的應用

為了進一步確保煤礦生產充分安全，在礦井下作業時，應配置專門的安全監控和保障系統，即監控監測范圍十分廣泛，主要包括礦井的溫度、濕度、瓦斯氣體自動監測裝置、斷電儀、紅外線感應自動噴霧裝置、風電閉鎖裝置等。安全保障設備和裝置的正常運轉是保證煤礦生產安全性的重要基礎，就監測裝置和感應裝置來說，數據的實時回傳和分析，與安全隱患的及時發現與處理密切相關。在安全保障設備與裝置中，充分發揮電氣自動化技術的優勢，既能夠在控制中心遠程獲取礦井設備和礦井內部環境的監測數據信息，還可以通過一定的安全保障裝置自動運行和遠程控制，恰當處理不良狀況，從而確保煤礦生產足夠安全。

在煤礦機械設備中合理利用電氣自動化技術，有助于提高煤礦生產效率和水平。盡管在科學技術發展的推動下，我國煤礦機械設備電氣自動化技術也實現了一定程度上的進步與發展，但是相比發達國家依舊相對處于落后狀態，并且在煤礦機械設備電氣自動化不斷推進的過程中，依舊存在著一系列技術應用問題。這就需要相關部門積極借鑒先進經驗，引進電氣自動化技術，并不斷加大研究與開發力度，促使煤礦機械設備實現電氣自動化，從而提高煤礦生產的效率與質量。