基于煤礦采煤技術(shù)的發(fā)展與采煤自動化技術(shù)的實踐研究

＊龐 磊

（山西焦煤集團西山煤電馬蘭礦 山西 030205）

近些年我國的煤礦開采事業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)出了騰飛趨勢，煤礦開采企業(yè)引進了計算機技術(shù)，向著自動化、智能化的方向轉(zhuǎn)型，煤礦開采的質(zhì)量效率大幅度提高，節(jié)約了人工成本投入，提高了開采質(zhì)量、開采效率。在快速發(fā)展的時期，我國的社會生產(chǎn)工業(yè)建設(shè)對能源的需求量持續(xù)的增長，煤礦采煤技術(shù)也要隨之升級，進一步的實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，提高煤礦采煤工作的質(zhì)量和效率。面臨著復(fù)雜的采煤環(huán)境，煤礦采煤技術(shù)應(yīng)用有必要向著自動化的方向進行創(chuàng)新，滿足社會的煤炭資源需求，在技術(shù)創(chuàng)新中，加強對能源的開發(fā)有效利用，推動我國社會建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。

1.煤礦采煤技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

煤礦企業(yè)目前正處于快速發(fā)展的階段，在市場經(jīng)濟體制的環(huán)境下，煤炭企業(yè)從內(nèi)部的采煤技術(shù)創(chuàng)新和優(yōu)化著手，改善了煤礦企業(yè)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在持續(xù)的創(chuàng)新中，企業(yè)面臨著激烈的競爭環(huán)境，在采煤技術(shù)應(yīng)用的效果方面體現(xiàn)出了不同的差異性。利用采煤技術(shù)，部分企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了全機械建設(shè)的目標(biāo)，采煤的速度快，機械化水平、自動化水平高，還有部分企業(yè)仍舊在人工采煤的方式下進行生產(chǎn)，所處的階段較為落后。采煤自動化技術(shù)的應(yīng)用，是對傳統(tǒng)的技術(shù)弊端進行改進的一項技術(shù)創(chuàng)新策略，利用采煤自動化技術(shù)，可以提高施工質(zhì)量、施工效率，確保采煤工作的穩(wěn)定性，提高開采效率。

目前我國的煤礦采煤技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展中已經(jīng)引進了各種不同類型的機電設(shè)備，每年我國的采煤總量達到了4×105t。我國的地域遼闊，地質(zhì)條件具有一定的特殊性，部分技術(shù)在某些地區(qū)內(nèi)的應(yīng)用是無法實現(xiàn)的，例如在地質(zhì)情況較為特殊的區(qū)域內(nèi)，液壓支架電液控制技術(shù)的應(yīng)用就具有局限性。因此在煤礦開采的過程中需要以因地制宜為原則，了解實際的開采情況、開采需求、地質(zhì)情況，選擇最佳的煤礦采煤技術(shù)，加強對資源的開發(fā)和利用，將自動化技術(shù)引進到煤礦采煤的工作中，提高煤礦采煤的智能化水平，采煤自動化檢測系統(tǒng)框架見圖1。

圖1 采煤自動化檢測系統(tǒng)框架圖

在不同的設(shè)備中，用設(shè)備設(shè)施的功能優(yōu)勢，擴大我國的采煤規(guī)模，改變傳統(tǒng)的人工采煤模式，提高采煤自動化水平。監(jiān)控整個煤礦的生產(chǎn)過程開采細節(jié)，煤礦開采作業(yè)本身具有一定的危險性，隨著煤礦開采作業(yè)中深度的逐漸增加，危險系數(shù)也會隨之增長，安全防護措施是必不可少的。在自動化技術(shù)應(yīng)用中，煤礦開采的安全性和穩(wěn)定性研究工作仍舊有待進一步的推進，以提高生產(chǎn)效率、營造良好的生產(chǎn)環(huán)境為目的，開啟新的篇章，推動中國煤礦開采工作的機械化、智能化發(fā)展[1]。

2.煤礦采煤技術(shù)發(fā)展的原則

(1)性價比原則

煤礦采煤技術(shù)的發(fā)展和實踐探索中，從采煤自動化的技術(shù)升級視角，要在采煤技術(shù)發(fā)展方面遵循著性價比的原則，加強對采煤技術(shù)的創(chuàng)新優(yōu)化，煤炭行業(yè)作為我國的傳統(tǒng)行業(yè)、支柱型產(chǎn)業(yè)，在能源開采方面擔(dān)負(fù)著重要的社會職責(zé)和產(chǎn)業(yè)使命，占據(jù)著社會關(guān)鍵的地位，具有不可替代的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。目前在煤礦企業(yè)的建設(shè)和發(fā)展中，由于市場經(jīng)濟體制的改變和行業(yè)競爭的逐漸加劇，煤炭企業(yè)面臨的壓力也有所提高，為了企業(yè)的長遠發(fā)展，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，煤炭企業(yè)需要從綜合考量的視角，對生產(chǎn)成本和生產(chǎn)利潤進行整合、分析。

遵循性價比的原則，提高煤礦企業(yè)的采煤技術(shù)應(yīng)用水平，用具有良好性價比的采煤技術(shù)，加強采煤技術(shù)的自動化升級和創(chuàng)新，在保證煤礦企業(yè)的生產(chǎn)安全、生產(chǎn)效益的前提下，最大限度的節(jié)約成本，提高煤礦采煤工作的質(zhì)量效率，優(yōu)化開采效益，為企業(yè)創(chuàng)造更高的盈利空間，實現(xiàn)經(jīng)濟效益、綜合效益最大化的目標(biāo)。

(2)采出率原則

煤礦企業(yè)在發(fā)展過程中，提高采出率，不僅是節(jié)約資源的措施，也是滿足國家發(fā)展需求的必要戰(zhàn)略決策，煤礦企業(yè)要提高采出率，在采煤技術(shù)的發(fā)展中，遵循著高采出率的原則對技術(shù)進行升級、應(yīng)用。煤炭資源作為一種必要的社會能源，具有不可再生性，在傳統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用中，用人工采煤的技術(shù)模式，企業(yè)的經(jīng)濟效益水平是有限的，不僅難以實現(xiàn)利潤最大化，而且還形成了大量的資源浪費、成本投入問題，采出率不理想。

在煤礦采煤作業(yè)的過程中，結(jié)合生產(chǎn)目標(biāo)、生產(chǎn)現(xiàn)狀，引進采煤自動化技術(shù)，需要進一步的升級采煤技術(shù)的應(yīng)用理念，改進落后的采煤技術(shù)應(yīng)用形式，對人工采煤技術(shù)進行改造，堅持高采出率的原則，防范資源浪費，提高煤礦企業(yè)的生產(chǎn)水平，優(yōu)化煤礦采煤的技術(shù)應(yīng)用成果。

(3)安全原則

在煤礦生產(chǎn)中存在著大量的未知因素，因為煤礦井下的環(huán)境復(fù)雜程度較高，安全風(fēng)險大，在未知因素的干擾下，煤礦生產(chǎn)有可能會形成安全事件問題，引起安全事故。安全問題的嚴(yán)重程度、類型各有不同，但通常都會對煤礦企業(yè)的經(jīng)濟效益和工作人員的生命安全造成威脅，因此國家政府部門和煤礦開采企業(yè)，始終對安全問題是高度重視的態(tài)度。

以人工參與的模式為主，運用采煤技術(shù)時，精確性不足，誤差風(fēng)險高，安全隱患大，容易出現(xiàn)人員傷亡等安全事故問題，引進自動化技術(shù)降低人力資源投入，遵循著安全性的原則，是煤礦采煤技術(shù)發(fā)展的主要方向。在安全性原則下，展開煤礦的采煤活動，進行安全生產(chǎn)，加強對煤礦采煤技術(shù)的升級和創(chuàng)新，以保證人員的生命安全為最終的落腳點，增強煤礦采煤技術(shù)的應(yīng)用水平、應(yīng)用效能，實現(xiàn)安全生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新的目標(biāo)[2]。

3.煤礦采煤自動化技術(shù)的具體應(yīng)用策略

(1)生產(chǎn)環(huán)節(jié)

在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中利用采煤自動化技術(shù)，首先需要在生產(chǎn)環(huán)節(jié)的調(diào)研中，了解生產(chǎn)情況，和發(fā)達國家相比，我國的煤礦技術(shù)水平和先進的國家之間存在著一定的差異性，仍舊還有進步的空間、發(fā)展的平臺。煤礦企業(yè)在生產(chǎn)和經(jīng)營過程中，對于其他國家的先進技術(shù)進行了借鑒，參照其他國家在煤礦生產(chǎn)中的優(yōu)秀案例，融合了自動化生產(chǎn)技術(shù)，提高了機械化生產(chǎn)水平、生產(chǎn)效益。采煤自動化技術(shù)的生產(chǎn)水平較高，在各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，提高了生產(chǎn)質(zhì)量，也帶來了不同程度的問題。在煤礦開采工作中，要以提高生產(chǎn)效率作為最終的目標(biāo)，將采煤自動化技術(shù)應(yīng)用到各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，推動行業(yè)的轉(zhuǎn)型創(chuàng)新。

例如借助無人操作、遠程控制等自動化技術(shù)，需要在明確開采工作行進方向的基礎(chǔ)之上，提高整體的采煤機械設(shè)備生產(chǎn)效率，增強采煤機械設(shè)備的負(fù)載性能，提高運輸速度，把控運輸環(huán)節(jié)的進度，確保運輸?shù)乃俣冗_到理想的目標(biāo)，增強采煤工程的生產(chǎn)效率。用自動化采集技術(shù)，對檢測到的數(shù)據(jù)信息進行分析，上傳到計算機的系統(tǒng)中，在數(shù)據(jù)的分析環(huán)節(jié)，對采集到的數(shù)據(jù)資源進行分解，合理的運用數(shù)據(jù)資源，得出當(dāng)前開采情況的結(jié)論。了解開采情況，對數(shù)據(jù)進行運用，制定可行的煤礦生產(chǎn)計劃和方案，在不同的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，利用采煤自動化技術(shù)提高煤礦作業(yè)的生產(chǎn)效率，實現(xiàn)先進技術(shù)、自動化技術(shù)的有機融合，促進煤礦采煤技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，推動產(chǎn)業(yè)升級[3]。

(2)自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用

構(gòu)建起自動化控制系統(tǒng)，借助先進的煤礦采煤技術(shù)，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，要向著智能化的方向展開持續(xù)的探索，發(fā)揮出自動化控制系統(tǒng)的功能，在產(chǎn)品自動控制系統(tǒng)的運行過程中，采煤設(shè)備是否能夠穩(wěn)定、正常、高效率的運轉(zhuǎn)，決定了生產(chǎn)效益。因此利用自動化控制技術(shù)的過程中，需要做好實時監(jiān)測、實時控制工作，了解采煤設(shè)備的運行情況、生產(chǎn)狀態(tài)，在進行實時監(jiān)測活動的過程中，對采煤機的運行情況加強監(jiān)管、分析。及時發(fā)現(xiàn)其中存在的故障問題，并結(jié)合故障原因、故障的地點、發(fā)出警報，向相關(guān)的人員傳遞預(yù)警信號，對故障隱患問題進行在線的分析、診斷，制定可行的故障治理策略。構(gòu)建自動化控制系統(tǒng)，在對現(xiàn)場進行監(jiān)控的基礎(chǔ)之上，還需要從遠程監(jiān)控的視角，加強對設(shè)備運轉(zhuǎn)情況的監(jiān)督管理。

確保設(shè)備運行的穩(wěn)定性，提高設(shè)備設(shè)施的運行效益、操作水平，在遠程控制中利用代碼輸入和特定信號相結(jié)合的方式，在各種機械設(shè)備的運行中，實施全過程、全方位的監(jiān)管工作。綜合開采作業(yè)中，利用到了多種不同類型的機械設(shè)備，例如控制液壓支架、移動液壓支架時，要將液壓支架放置在準(zhǔn)確的作業(yè)點，指定具體的位置，為后續(xù)的煤炭開采工作創(chuàng)造良好的條件。在煤炭開采的過程中，利用自動控制系統(tǒng)，可以對采煤的頻率和速度進行有效的控制，根據(jù)煤炭的生產(chǎn)條件、實際環(huán)境和煤炭的質(zhì)量情況，對采煤的速度進行調(diào)整，用遠程操作的形式，完成有關(guān)的操作，明確壓力點，找到準(zhǔn)確的受力點，提高煤炭開采工作的質(zhì)量[4]。

(3)采煤作業(yè)應(yīng)用

以煤炭開采企業(yè)A為例，該企業(yè)使用的是橫向多電機布局的模式，在采煤生產(chǎn)中，通過與變頻調(diào)速機載式、無鏈軌道的連接和牽引，進行布局和生產(chǎn)，由雙電纜為煤礦采煤作業(yè)提供電力資源的支持。計算機和雙電纜的有機融合下，可以實現(xiàn)高效率的操作，提高對煤礦采煤活動的控制效果。目前在該企業(yè)當(dāng)中大多數(shù)的中采設(shè)備都是彼此分離開的，實現(xiàn)了獨立安裝，附屬關(guān)系被切斷，設(shè)備的牽引系統(tǒng)的功能穩(wěn)定性強，可以為煤炭運輸提供穩(wěn)定的牽引力支持，采煤工作的適應(yīng)性強，即使地理環(huán)境的平整性不足，也可以提高運輸?shù)姆€(wěn)定性，保證穩(wěn)定生產(chǎn)。在采煤作業(yè)中運用自動化技術(shù)時，第一步就是要在自動化設(shè)備的選擇中，確保設(shè)備設(shè)施應(yīng)用的合理性。

選擇自動化設(shè)備，是決定采煤作業(yè)質(zhì)量的關(guān)鍵，了解自動化綜采設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點、性能特點。在采煤作業(yè)中利用自動化技術(shù)時應(yīng)結(jié)合設(shè)備設(shè)施的具體應(yīng)用情況，對開采煤層的特點加強了解和掌握，遵循著經(jīng)濟性的原則，合理的選擇自動化技術(shù)和機械開采設(shè)備。在采煤自動化控制系統(tǒng)中，見圖2，全過程的進行在線檢測傳輸有關(guān)的信息，用人工的方式對界面進行控制，可以對可能發(fā)生的故障問題進行預(yù)測和分析，利用監(jiān)控系統(tǒng)遠程傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)自動化的生產(chǎn)控制目標(biāo)。例如在不同煤層的采煤工作作業(yè)時，自動控制系統(tǒng)可以自動的調(diào)整系統(tǒng)的生產(chǎn)模式，根據(jù)對煤層硬度的分析，實現(xiàn)自動化的調(diào)整，智能判斷應(yīng)急問題[5]。

圖2 采煤自動化控制系統(tǒng)

(4)引進自動化監(jiān)控設(shè)備

在利用自動化監(jiān)控設(shè)備的環(huán)節(jié)，PLC技術(shù)是應(yīng)用最為廣泛的一項技術(shù)手段，PLC技術(shù)的應(yīng)用下，自動化監(jiān)控設(shè)備的運行不僅可以共享信息，而且處于協(xié)調(diào)運行的狀態(tài)下，機械設(shè)備的管理水平較高。PLC技術(shù)具有先進性、智能性，在監(jiān)控操作的過程中，PLC技術(shù)的應(yīng)用體現(xiàn)出了較強的可行性優(yōu)勢，PLC技術(shù)的應(yīng)用過程中，人員堅守崗位的模式得到改造，利用智能化設(shè)備代替人工操作的形式，降低了人力資源的成本投入，減輕了人員的工作壓力，保障了人員的人身安全，創(chuàng)建起了安全、穩(wěn)定的生產(chǎn)環(huán)境。

構(gòu)建自動化控制系統(tǒng)的過程中，利用信息化技術(shù)，對數(shù)據(jù)信息進行收集、分析，了解數(shù)據(jù)信息的收集情況，對計算機數(shù)據(jù)的傳輸穩(wěn)定性加強把握，保證各項運行環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性，處于正常的操作狀態(tài)下，再進行后續(xù)的編程工作。PLC技術(shù)的應(yīng)用在編程過程中，發(fā)揮了智能化的功能，結(jié)束了編程之后，PLC技術(shù)的支持下，系統(tǒng)會發(fā)出信息指令，形成自動化運行的模式和效果，增強了自動化運行、一體化運行的效能。該過程中，對設(shè)備運行過程中存在的隱患問題、故障問題進行監(jiān)管時，自動化監(jiān)控系統(tǒng)的運行可以及時發(fā)現(xiàn)故障、排除故障，優(yōu)化設(shè)備的應(yīng)用價值，為企業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造更高的經(jīng)濟效益[6]。

4.結(jié)論

綜上所述，我國社會在建設(shè)和發(fā)展中經(jīng)濟水平持續(xù)提高，社會運轉(zhuǎn)中對于能源的需求量有所增長，煤礦開采行業(yè)在發(fā)展中要把握關(guān)鍵的戰(zhàn)略決策主線，對社會的煤炭資源需求加強把握，結(jié)合影響煤礦開采質(zhì)量和效率的各項因素，把握煤礦采煤技術(shù)的發(fā)展原則，將自動化的理念運用到采煤技術(shù)的應(yīng)用中，提高開采效率，不斷地改進落后的局面，增強煤礦采煤技術(shù)的創(chuàng)新競爭力。