自动化技术在煤矿机电设备中的应用探析

自动化技术在煤矿机电设备中的应用探析

高洁

富源县中安街道综合执法队  云南省  曲靖市  655500

摘要：目前，我国经济建设发展较快，对煤炭资源的需求依然旺盛，这使得我国煤炭资源的利用仍然具有广泛性。现代社会，正常条件下煤炭需求量大，相对陈旧的设备不能满足社会对煤炭的需求。总的来说，过于陈旧的设备可能会带来效率低下的问题，也会带来很多安全问题和安全风险，引进自动化技术是提高煤机电气设备效率和功能的一个新的发展方向。本文介绍了煤矿电气自动化技术的概念，从硬件、操作、人为三个方面分析了煤矿机电自动化技术影响因素，研究了煤矿机电自动化技术创新应用战略，以供同行业人员进行参考。

关键词：煤矿；机电自动化；技术创新；应用

引言

在我国经济与科技呈现良好发展态势的今天，各项先进技术的应用也为各个行业及领域的生产注入了活力。数字技术是煤矿企业生产中有助于其生产过程由粗放化转变为精益化发展的技术之一，煤矿企业生产环境、生产工序等相对复杂，数字化生产则能够依据实际生产要求实现自动控制，这也就突显了电气自动化数字技术的种种应用优势。在数字技术应用基础上，煤炭开采率得以提升，与此同时也提高了生产的安全性。然而，当前我国各个煤矿企业在电气自动化数字技术的应用方面还有待深入推进。基于此，相关企业及其工作者还需进一步研究如何科学运用数字技术提升煤矿生产效益，为煤矿企业稳定持续发展提供助力。

1 煤矿电气自动化概述

1.1 机电一体化技术

在矿山设备机电一体化的现代发展趋势中，这一设备的重要发展趋势之一，总的来说，更重要的趋势是设备的灵活性和智能化。计算机网络控制在实际过程中具有更重要的意义，以保证操作的顺利执行。在实际操作过程中，可以根据实际需要对设备进行合理调整，在操作中实现常态化，也可以提高设备的整体运行效率。在使用这项技术时，必须准备好测试工作的各个方面，从而有效地防止失败。此外，在实际操作中，还需要不断监控设备的运行情况，通常是控制装置的配置，控制整个生产过程，这种操作的优点是在发生事故时可以进行自动处理和排除故障，保证设备的最大运行效率，防止煤矿生产效率低下。

1.2 控制理论

在生产资料和科技的现代化进程中，出现了新的发展问题，有利于控制论的发展。此外，控制理论的发展阻碍了科技进步和生产水平的提高，煤矿自动化设备一般包括传动设备、生产设备和管理，现阶段煤矿管理模块几乎全部实现数字化，向现代化自动化控制设备的过渡顺利完成。值得注意的是，推行数码管理是以电子及电脑科技为基础，而管理策略通常是以管理理论为基础。一般来说，为了提高煤矿发电系统的能源效率，无论是现代的交流或直流系统还是其他系统，都需要使用转换器设备进行能量转换。

2 自动化技术在煤矿机电设备中的作用

2.1 优化生产效率

煤矿企业的生产质量、生产效率，直接影响着煤矿生产最终的经济发展水平和综合效益，煤矿企业对煤炭综采自动化控制系统进行开发和利用，可以使用自动化设备处理大量的工作，进而促使煤矿企业的生产质量、生产效率大幅度提高，降低了人力资源的成本投入。煤矿企业将更多的人力成本资源节约下来，投入到了生产中，明显提高了煤矿企业的生产效率，这也代表煤矿企业有了更大的利润空间，在机械化生产中，煤矿企业的生产活动效率提高，真正向着高效生产的方向转型和发展。机械化生产的模式，给煤矿企业创造了更高的利润，利用煤炭综采自动化控制系统来传达数据信息，可以使企业提高经济效益，安全生产、高效率生产成为了现实，企业的生产效率、利润水平均持续提升。当出现不可控制的环境因素时，有可能会出现开采环境的变化，利用自动化操作的形式进行对煤矿生产环境的监管，和手动操作、手动监督的模式不同，自动化监管中进行自动化的调整，自动化控制系统能够在不可控环境因素的影响下停止操作，对异常问题进行及时的排查，保证采煤活动的顺利实施、高效率生产。

2.2 确保安全生产

将数字技术应用于煤矿机械设备能够有效提升煤炭资源开采的安全性。煤炭资源大都是埋藏于地下，因此具体开采工作就需要在地下矿井中完成。地下矿井中工作环境比较恶劣，还具有较大危险性，加之易受到地质灾害等诸多因素的影响而发生矿难，不仅会给企业社会效益与经济效益带来损害，严重情况下还会危及工作人员的生命安全。现阶段，我国煤矿企业作业方式以人力、机械相互协作为主，危险系数相对较大。将电气自动化数字技术应用于煤矿开采作业，能够促使开采工作更加标准化、精准化，给开采工作者提供了可靠的安全保障，确保煤矿企业能够安全生产。

2.3 升级自动化系统

煤炭综采自动化控制系统在煤矿安全生产中具有显著的功能，因为利用煤炭综采自动化控制系统，实现了对煤矿生产的自动化控制，提高了在煤炭生产作业环节中控制工作的自动化水平。煤炭企业可以在煤炭综采自动化控制系统的支持下，融合生产工作、安全工作和管理工作，从客观、准确的角度，对有关的信息进行收集，获取与生产或安全有关的信息数据，对数据信息进行分析、应用，将数据详细的记录下来。利用煤炭自动化控制系统的数据分析功能，对生产数据的变化趋势进行预测、分析，了解生产现状、生产安全水平，对特殊的安全事件问题进行防范，规避可能存在的安全隐患，加强了对煤矿生产活动的自动化控制，实现了自动化的监督与管理。后续管理层在制定生产决策、发展战略方案时，也可以在煤炭综采自动化控制系统中获取数据支持，实现经济效益最大化、生产效益最大化，在自动化控制中，煤炭综采自动化控制系统体现出了不可替代的应用优势。

3 自动化技术在煤矿机电设备中的应用

3.1 变频技术

煤矿通风系统在应用自动化控制相关技术的实践过程中，通过变频技术将传统模式打破，更新电机转速。在传统模式下，利用电磁调速方式调节电机速度，该过程中，内部电流会加大传递，电机基于磁场调节实现转速调节。但该方式消耗的能量较大，容易导致电机浪费转速功率。通过使用变频技术，能有效转化电流，形成不同交流电，在对电机转速进行调整的过程中，不会严重影响频率变化，能有效节约能源。在调节过程中，将具体数值作为依据，完成合理的情况分类。通过使用变频技术，自动控制系统的整体能耗更为精确，能保障PLC技术将有效指令发出，在调节电机转速的同时，对风量进行准确定位。

3.2 液压支架自适应控制方案

液压支架是煤矿井下支护的核心，直接决定了井下综采作业的安全性，传统支架由于缺乏统一的控制系统，难以实现跟机运行、自动移架、自动调斜等，无法满足井下跟机的自动控制运行。因此本文提出了一种新的液压支架自适应控制技术，通过在液压支架上设置支架控制器及传感器，对支架的运行状态进行监测，并结合采煤机的实际运行情况，实现支架的跟机自适应支护。该控制系统中液压支架上传感器布置结构如下页图1所示。在该控制系统中，液压支架通过设置在机身上的红外线接收器接收来自采煤机的红外线定位信号，从而精确确定该液压支架和采煤机的相对位置关系，然后系统根据采煤机的截割作业情况，发出跟机调节信号，使液压支架组在支架控制器的调节下进行收放护帮板及移架支护，满足自动跟机支护作业。针对传统液压支架在煤壁片帮、底板松软情况下出现堆煤、扭架异常的现象，在支架控制器内设置了自适应护帮程序，通过设置在支架顶板上的压力传感器和行程传感器，对支架的支护压力和支护行程进行检查，通过反复地移架-抬底-检查-移架，来实现在复杂地形条件下的移架控制，避免在运行过程中出现护帮异常。在井下支护作业的过程中，由于地质条件复杂、综采扰动和矿压波动的影响，经常导致液压支架的倾斜、错位等，影响支护安全性，因此在该智能控制系统中设置了自动调斜控制程序，通过支架上的倾角传感器来对支架的支护姿态进行检查，当出现偏斜时，支架控制器对偏斜量进行分析，然后确定校正值，并控制调斜千斤顶对支架的支护姿态进行调整，避免出现倒机情况。

图 1 液压支架上传感器布置结构示意图

3.3 智能采煤设备

智能采煤装置可根据煤矿的具体需要，通过装配采煤机和支座分析位置和状态，科学有效地通过传感器切换工作模式。利用该装置确定和预测采煤机的工作轨迹，并由煤炭设备和辅助机构有效实现了自动化。在智能采煤机上安装控制系统，可及时有效地响应工件的剪切、板材位置等。此外，工作模型可以根据不同的开采条件实时变化。智能分析技术在采集设备运行状况、支架位置等相关数据时，模拟设备未来运行路径，改进采煤机与其他机械装置的协调，提供剪刀在时间上的位置信息。视频系统可提供机器悬挂和远程通信，对开采过程中的各种问题及时反馈，有效提高了开采作业的效率和质量。

3.4 智能整合方案设计

在综采工作面中构建自动化控制系统时，要确保各系统之间具有一定的互补性，从综合评估的视角，构建智能控制系统，制定智能整合方案，合并电力供应系统、工作站通信控制系统、采煤控制系统、电流控制系统、运输控制系统、泵站控制系统。集中管理和控制统一计量设备，在地面调度中心，利用综合系统的功能，建立起专门用于扫描控制的工作站平台，检测设备，诊断设备的故障问题，分析设备运行中的各项数据，传输现场的数据信息。在液压架上添加传感器，利用液压架上的智能控制系统配置功能，配备完善的设备设施，包括传感器、发动机、信号转换器、地面观察站服务器，对采煤机进行定位跟踪、视频跟踪。利用采煤机智能控制系统，在工作面巷道的远程操作台中，对采煤机的运行情况进行控制，调整采煤机的速度，提高采煤效率，自动运行机器设备，根据设定好的程序和速率要求进行自动化的生产。根据采煤机的特定操作，采取人工干预的有效措施，应保证采煤机具有强大的功能，建立起完善的智能操作系统，在自动协调、紧急停车、定位传感、控制参数检测等功能方面，完善智能操作系统的功能性，将各种传感器配备在泵站智能控制系统中保护泵站，实现泵站预警，最大限度的防范风险，保证系统瞬时流体供应充足。

3.5 数字技术应用于煤矿安全与监控系统

现阶段，我国许多大型的煤矿企业已经引进了红外自动喷雾装置、遥测装置以及安全监测断开装置等设备，能够对各个生产环节进行数字化监控。对煤矿企业生产而言，安全监控系统的应用尤为重要。目前，相关煤矿企业提出了在采煤机工况监视系统中引入电气自动化数字技术，二者相结合这一概念的提出在实际工作中也取得了较为理想的效果。具体而言，采煤机启动后，监控故障系统也会同步启动，检查传感器和报警装置能否正常运行。与此同时，采煤机所有数据信息都可以完成自检，上述步骤均为投入生产的前期准备工作。而在采煤机正式运行过程中，采煤机在线监测系统中所呈现的数据都是动态的，一旦所监测的数据相较于预设值存在较大偏差，或者出现线路故障等问题，报警系统便会启动及时给出报警提示，相关工作人员就可以提前做好事故预防工作。在检测整个运行系统是否存在故障时，电气自动化数字技术应用的主要任务是实时监控整个系统的工作状态是否正常。如此一来，系统故障时便能够快速、直观地显示出故障发生的具体位置，大大缩短了故障排查的时间，工作人员第一时间发现故障、检测故障并采取有效措施解决故障。

3.6 机电一体化数控技术

机电一体化数控技术在煤矿提升与输送设备中发挥着重要作用。煤矿提升设备与输送设备的运行效率会影响到煤矿生产效率，而应用机电一体化数控技术可以提高设备运行效率。第一，机电一体化数控技术在煤矿提升设备中的应用。在矿井提升机中应用机电一体化数控技术可以提升设备的数字化水平，增强设备运行的稳定性与安全性。同时，应用该技术也可以对矿井提升机的设备结构进行优化，增强滚筒与连接驱动等结构的合理性。第二，机电一体化数控技术在煤矿输送设备中的应用。输送系统是煤矿生产系统的关键构成部分，应用机电一体化数控技术可以优化磁通技术的应用效果，减小输送设备的损耗，为此可以将该技术应用在带式输送机中。在应用机电一体化数控技术时，技术人员需要科学调整带式输送机的参数，否则会降低输送机的运输效率。技术人员还需要综合分析环境温度对带式输送机模型参数的影响，提高技术应用质量。

4 自动化技术在煤矿机电设备中的应用措施

4.1 加强煤电自动化控制技术品牌建设

在今后的社会经济改革过程中，必须注意煤炭机械电气设备自动化的各种技术产品的细度，建立品牌体系。首先，建议对从事煤炭工业自动化技术的各类国有企业进行深入研究，重点研究产品设计、生产和检验过程的技术以及问责制。在每一个工作场所都可以进行检查，建立逆向问责，规范生产流程，提高公司的市场竞争力。二是为煤矿机电管理自动化企业建立产品生产平台，实施产品生产流程和企业声誉登记制度，使煤矿机电控制自动化企业具有较高的品牌和社会影响力。

4.2 加强管理人员培训

无论是煤矿机械还是机电一体化数控技术都是在不断发展变化的，所以煤矿企业需要加强管理人员培训，提高管理人员的业务能力。一方面，煤矿企业需要加强理论知识培训，让管理人员掌握更多的理论知识，充分了解煤矿机械设备的结构、特点以及机电一体化数控技术的应用方式。另一方面，煤矿企业需要加强技能培训，让管理人员掌握更多的设备管理技巧。同时，煤矿企业需要加强职业素养培训，增强管理人员的职责意识。

4.3 加大核心技术研发，逐步实现自主生产

目前，我国煤矿企业还存在过于依赖国外技术的现象。基于此情况，我国必须抓住核心技术研发这一关键点，并且将之作为驱动力量促使电气自动化数字技术在煤矿企业中的深入应用。只有重点发展自身的核心技术才能不断提升煤矿企业生产力的提升，进而逐步转向自主生产的模式。数字技术应用过程中，传感器、安全监控系统相关功能是其核心技术，煤矿企业必须重视其研发与深入应用，才能切实为煤矿安全生产保驾护航。

5 结束语

在煤矿企业生产运行过程中电气自动化数字技术占据着重要地位，而将具有高可靠性、高性价比、良好操作性的电气自动化数字技术引入煤矿企业生产过程中意义重大，它有助于煤矿企业突破传统生产模式的瓶颈，生产效率得以提升。现阶段，在我国煤矿企业中数字技术还有待更进一步推进，在明确数字技术应用优势的基础上，相关企业还需加大电气自动化数字技术的研发力度，同时也需要重视技术人才的培养。总之，数字技术与煤矿企业发展相融合，能够为煤矿企业持续稳步发展保驾护航。

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