煤矿机电装备自动化技术研究

孟昭春

（煤炭科学技术研究院有限公司，北京100013）

1 煤矿机电设备自动化技术

煤矿生产机电设备运行过程中涉及的自动化技术包括电子信息技术、机电一体化技术、控制技术等，其中，电子信息技术包括电力电子技术、微电子技术，其充分发挥了电子器件灵敏度高、反应速度快的优势，大大改善了机电设备的性能，提高了煤矿的生产效率。比如，微电子技术经常应用于掘进机、提升机、排水设备、通风设备、开采设备中，不仅能提高设备的运行效率，而且可以实现生产数据的实时采集、检测、传输与处理，对整个设备的运行过程进行实时监控，提高了设备运行的安全性与可靠性。机电一体化技术主要应用于机电设备运行状态的实时监控，及时发现设备故障，并且能够自动反馈故障信息，提高了机电设备的智能化程度。控制技术主要应用于煤矿机电设备的驱动装置、控制装置等，主要包括计算机网络技术、智能控制技术等，可以满足井下恶劣的生产环境需求，最大限度地保证煤矿生产过程的安全性。

2 煤矿机电设备应用自动化技术的必要性

在煤矿生产过程中应用自动化技术，其必要性主要体现在以下几个方面：

首先，自动化技术提高了煤矿的生产效率。随着煤矿开采进度的不断推进，煤矿生产中，露天生产的情况也越来越少，煤矿开采生产大多数都在地下进行，地下煤矿开采的施工流程更复杂，主要采用人工开采手段，对于生产过程的安全性要求也更高。而在生产过程中应用自动化技术能够大大提高煤矿地下开采生产效率，大部分难度更高、强度更大的工作由自动化挖掘设备完成，人工只需完成简单的开采工作即可，人与机械设备的层次性分工大大降低了地下开采工作的强度，简化了工作流程，提高了工作效率。其次，降低煤矿企业的生产成本。上文中说到，地下开采工作中，机械设备负责大部分难度高、强度高的工作内容，人工只需完成简单的操作即可，投入的人力更少，对于传统煤矿企业而言，人力成本是煤矿企业生产成本中最重要的一部分，而降低人工成本能够大大降低企业的生产成本，对于企业的可持续发展具有重要意义。最后，提高了煤矿生产的安全性。煤矿开采生产具有高风险性的特点，地下工作条件恶劣，存在各种不可控因素，一旦发生安全生产事故，轻则影响正常生产，重则会导致人员伤亡。而自动化技术的应用可以实现整个生产过程的实时监控，传感器在线监测井下环境中各项参数指标，及时发现问题及时反馈报警信息；自动化技术还可以监控整个生产环节，及时发现异常情况，最大限度地提高生产过程的可控性，保证煤矿井下生产的安全性。

3 自动化技术在煤矿机电设备中的应用

煤矿机电设备中，自动化技术的应用主要体现在生产设备及监控监测设备中。

3.1 自动化技术在煤矿生产设备中的应用

煤矿生产设备中，自动化技术的应用主要有以下几种。

3.1.1 数字化调度管理

煤矿生产过程中设备比例失衡的问题十分普遍，生产管理人员利用现工化的调度控制系统可以最大限度地提高设备比例的均衡性，从而提高设备的利用效率及煤矿生产效率。且自动化技术能够通过配电室及计算机终端对矿山设备进行远程控制，优化矿山补偿电容器运行。一旦电气设备发生故障，自动化技术能够通过无线通信技术向控制中心及时传递故障信息，及时采取应对措施。

3.1.2 煤矿提升设备中的自动化技术

煤矿井下开采生产过程中，需要提升机设备往复循环工作，整个过程中自动化技术能够保证提升机设备安全、稳定的运行，提高运行效率。煤矿提升设备主要应用PLC自动控制技术实现设备的运行控制，具体的自动控制系统组成如图1所示。

图1 基于PLC自动控制技术的煤矿提升机系统示意图

图中，VVVF为控制电机转速的变频调速系统。系统运行过程中，PLC可编程控制器先进行初始化处理，通过自检确定提升机在井筒中的位置，系统检测到行车信号的变化后，控制程序分析旋转编码器传回的数据判断设备的速度，并结合实际情况调整设备运行速度，直至设备运行至预设的位置。PLC自动控制技术简化了控制系统的组成，提高了设备的控制精度，降低了系统的维护成本。

3.1.3 煤矿采掘设备中自动化技术的应用

采掘设备的工作效率决定了煤矿的整个生产效率，而采掘设备在工作过程中的危险性也高于其它设备，且煤矿井下工作环境也存在诸多安全隐患。而应用自动化技术进行采掘作业不仅可以减少人力成本投入，而且精确的自动化作业能够大大减少事故发生率。比如，电牵引采煤机性能稳定，自动化程度高，有些煤层有较高倾角，在采掘作业中应用电牵引采煤机不仅能够为采煤工作提供足够的动力，而且无须额外使用防滑装置，不仅降低了成本，而且更好地保证了采掘设备应用中的安全性。

3.1.4 煤矿传送设备中自动化技术的应用

传送设备的主要作用是将煤炭传输至竖井上方空间，虽然传输设备结构简单，但是故障发生率较高，比如，经常发生运行中断、传送带漂移等问题，直接影响到生产效率，严重者甚至会导致停产。在传输设备中应用自动控制系统可以将设备故障率降至最低，自动控制系统包括控制中心、操作界面、保护装置及传感器，传感器可随时监测设备的运行状态，一旦设备出现漂移或失速等问题，传感器会实时监测到设备运行异常，异常数据与控制中心设定好的标准数据做比较，比较出异常后再向传送设备发送特定的调节信号，驱动设备就会对传送带的位置进行调整，大大提高了传输设备的稳定性，保证了输送设备的工作质量。

3.2 煤矿设备监控监测中自动化技术的应用

煤矿生产是一项危险系数较高的工作，其工作环境恶劣，有多种潜在危险因素，一旦发生生产安全事故，不仅会造成企业巨大的经济损失，而且会对井下工作人员的人身安全产生严重威胁，因此，要加强煤矿生产过程中机电设备的监控监测，及时发现危险因素，及时排除问题。煤矿监测监控系统中涉及的自动化技术包括安全监测、电网监控、人员定位、移动通信等。利用自动通信技术可以实时监测井下工作环境中的瓦斯浓度、二氧化碳浓度等参数；监测范围还可覆盖至提升系统、传输系统、排水系统等，大大提高了监控监测设备应用的灵活性；且系统的数据存储功能可以将安全生产中的相关数据详细的记录下来，实现各类风险的早发现、早处理，并为后续安全防护工作的开展提供必要的数据支持。

总之，在煤矿生产过程中，自动化技术已经被广泛应用于各种机电设备，其提高了煤矿生产的自动化程度，并且能够对作业环境、作业过程进行实时自动化监测监控，最大限度地降低了各类安全事故的发生机率，保证煤矿企业安全、高效地生产，提高了煤矿企业的经济效益及社会效益。