分析采煤中自动化技术的应用

孟　峰

（山东宏河矿业集团有限公司横河煤矿，山东 邹城 273500）

分析采煤中自动化技术的应用

孟峰

（山东宏河矿业集团有限公司横河煤矿，山东 邹城 273500）

摘要：随着社会经济的飞速发展，科学技术水平的逐渐提高，工业发展技术也得到逐渐地提高和进步，自动化的生产技术得到越来越广泛地应用。特别是煤矿采煤中，为煤矿产业的安全稳定发展提供了坚实的基础。本文针对煤矿企业中自动化技术的应用进行了相关探讨。

自动化技术；煤矿采煤；应用；分析研究

众所周知，自动化技术就是指机器在没有人为操作或无人干预的情况下，按照实现预定的指令或程序对过程或莫操作进行控制的过程。在我国，煤炭行业是我国的传统产业，随着科技水平以及工业水平的突飞猛进，我国煤炭行业为了满足竞争需要也逐渐向自动化方向发展。煤矿资源是现今资源产业中较为传统的资源，作为一项重要的且不可再生的能源，为社会的发展和进步提供了动力和奠定了基础。人工开采煤矿不仅生产效率低下，而且安全系数较低。因此，自动化生产技术的应用使得煤矿企业的生产效率得到了提高，并且加快了技术革新的速度，从而使得整个煤矿的产业链得以升级。接下来本文将从自动化技术在煤矿采煤中的应用以及相关技术的关键控制这两个方面来展开分析和研究。

一、煤矿自动化系统主要控制方式

煤矿自动化系统的主要控制方式包括4种：恒压频比控制、转差率控制、矢量控制以及直接转矩控制。下面针对这4种控制方式进行一一论述。

1.恒压频比（V/F）控制

恒压频比主要是指利用异步电机基本相同的电压与频率比值，来达到调节煤矿电机的目的。恒压频比具有流程简单、操作方便、易于辨识等优点。恒压频比控制方式属于开环调节方法，其输出值较为稳定，不易受到其他情况的扰动和影响。因此一般在要求稳定度较高的装置会采取恒压频比的控制方式，但是这种方法只适用于类似风机、水泵等精度要求较低的煤矿设备，对于精度要求较高的设备一般运用矢量控制等方式。

2.转差率控制

转差率控制主要是依赖于电机转速计算公式计算电机转差率，通过改变其大小来引起电机转速大小变化的控制方式。转差率控制方式主要是通过改变电机的定子电压和转子的电阻来实现。与恒压频比控制方式类似，转差率控制方式主要适用于电机系统的稳态模型以及运行规律较为稳定的情况下，因此一般比较适用于控制小功率电机或者电机转速较慢的情况。但是由于点击内部磁场处于不稳定的动态当中，因此很难用这两种方式来控制其位置和大小，一般只能实现精确控制电机的转速，对于转矩控制则差强人意。

3.矢量控制（VC）

矢量控制主要是依赖于异步电动机定子的电流矢量，通过控制和测量其电流矢量变化，根据磁场定向原理分别控制异步电动机的励磁电流和转矩电流来实现对异步电动机转矩的控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义，是目前煤矿自动化及控制系统中相对比较先进的控制方式之一。矢量控制的实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。

4.直接转矩控制（DTC）

直接转矩控制技术属于目前一种新型交流异步电机控制技术，其主要理论依据是矢量控制理论。直接转矩控制技术不仅要进行复杂的坐标变化和电机数学模型，也不需要考虑变量解耦等问题，而是直接控制电磁转矩，但是由于直接转矩控制技术的低速下转矩脉动以及启动时的电流较大等原因限制其适用于兆瓦级的大功率电牵采煤设备。

二、自动化技术在煤矿采煤中的应用

煤矿采煤过程主要涉及煤矿的开采、挖掘以及矿井提升这3个重要环节，因此在这3个环节中应用优化自动化技术可以大幅度地提高生产效率，且切实可靠地保障相关人员的生命安全。

1.在采煤环节的应用

作为煤矿企业中最主要的环节，采煤技术的优化应用与否直接影响着煤矿的生产效率。因此，在采煤环节中应用自动化技术可以有效提高煤矿的生效效率，并且也可保障整个采煤工序的安全稳定。电牵引采煤机具有良好的工作性能，且具有操作简单等优点。因此，在煤矿采煤环节中得到较为广泛的应用。电牵引采煤机最大的优势是可以在无人驾驶的情况下根据预先设定的程序，并完成相应的工作。

2.在煤矿挖掘中的应用

煤矿挖掘工作是开采煤矿资源最根本的基础，因此煤矿挖掘环节对整个煤矿企业的影响也尤为重要，挖掘技术的改进和革新对后续工作的影响作用也很大。在煤矿挖掘中采用自动化技术可以有效提高整个煤矿企业的采矿效率，同时使生产过程中的安全系数得到很大提升。煤矿挖掘中自动化技术的使用最广泛的是掘进机。掘进机具有操作更加安全且采用自动化系统，可以有效提高生产效率、缩短工作周期以及节省时间等。

3.在矿井提升中的应用

矿井提升就是指将煤矿开采出来后运至地面的过程。矿井提升环节主要关系到煤矿企业的生产效率以及相关矿工人员的安全。因此，采用优化的自动化技术可以有效地提高生产效率，且降低了对相关人员的危险系数。自动化技术不仅具有操作方便快捷的优势，而且可以提高生产操作过程中的安全系数，因此，在矿井提升环节中也得到了广泛的应用。

三、自动化技术在煤矿采煤中应注意的关键点

自动化技术在煤矿采煤中的应用较为广泛，但是该如何保证其相关性能的稳定且运行正常呢？可从变速器试验台、驱动设备、加载装置以及分析发动机的相关速度数据这4个环节来设定关键控制点，提供煤矿企业长足有效的发展。

1.试验台机械结构及总体布置

变速器试验台是一个综合了机械、电气、液压原理的机电系统。其具体工作原理是驱动电机连续输入额定转速和扭矩，以模拟变速器在煤矿采煤工作中的输入工况。为达到发动机的最高转速，在驱动机后往往要安装一个升速齿轮箱来解除驱动电机的最高转速的限制。为了更接近矿区采煤的真实工况，在变速器输入端增加一个惯量盘，其旋转时的转动惯量与在离合器飞轮和传动轴旋转时产生的转动惯量相同。试验台的末端是加载装置及其匹配的冷却系统，它能给变速器施加阻力矩，以模拟设备采煤时的负载和道路阻尼。

2.驱动设备的选择

作为操作系统和输入输出设备的连接器，驱动设备的主要作用是给实验变速器输入试验过程所需的转速和扭矩，其动力主要来源于内燃机或电动机。内燃机具有操作更加接近实际的优点，但易产生废气和噪声污染，且转速和扭矩不易操作控制。电动机具有噪音小、占地面积小、启停方便、无污染、易于控制等优点，因此在煤矿传动系统的实验设备上得到较为广泛的应用。

3.加载装置的选择

加载装置在整个采煤操作过程的作用主要是为被测变速器施加负载转矩，现今应用最为广泛的设备是测功机。测功机一般用于测试发动机的功率，也可作为齿轮箱、减速机、变速箱试验设备的负载装置。测功机主要分为水力测功机、电涡流测功机以及电力测功机。电力测功机利用电机测量各种动力机械轴上输出的转矩，并结合转速确定功率。目前采矿企业主要采用电涡流测功机，利用涡流产生制动转矩来测量机械转矩。电涡流测功机主要是由电磁滑差离合器、测力计和测速发电机构成，一般用于测量转速上升而转速下降，或转矩变化而转速基本不变的动力机械。

4.发动机速度特性分析

本文选用交流异步电机作为试验台架的驱动系统，驱动试验变速器及负载机构的运转来建立起自动化采煤系统模型。所选用的驱动电机应能完全覆盖被测变速器所匹配采煤设备发动机的全部性能和运行工况，同时还应具备转速和转矩的调节能力。为使最终相关数据参数更为稳定和准确，有关发动机的速度性能要符合要求。

结语

自动化技术在煤矿采煤中的应用，对煤矿企业的发展起到了支撑的作用，也是煤矿企业信息化建设的关键。虽然自动化技术的应用在现实操作中还是存在一些问题，但是我相信随着科学技术的不断创新，机械自动化技术必将不断被完善，使煤矿采煤工作更加优化。为有效提高煤矿产业的生产效率，保障人员的生命安全，煤矿采煤技术就要不断地改进和革新。自动化技术的应用可帮助煤矿企业的信息化建设，因此，为提高自动化技术水平，不仅要完善相关工作，还要不断地创新和发展，我们任重而道远。我坚信，社会的发展和进步终将使煤矿产业更加稳定和安全。

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