淺談自動化技術在煤礦機電設備中的應用

胡振南

（兗礦東華重工有限公司，山東 濟寧 273500）

煤礦生產產能的提高離不開機電設備及其的自動化應用，要充分合理地引入先進的自動化技術和手段，如PLC、GIS、光纖傳感技術等，將其應用于煤礦機電設備之中，包括礦用皮帶機電氣控制系統、安全狀態監測系統、機電設備管理系統等，較好地提升煤礦機電設備管理水平，提高煤礦機電設備的利用率。

1 煤礦機電設備的自動化技術概述

（1）電子信息技術。可以在煤礦機電設備中采用電子信息技術，如電力電子技術、微電子技術，體現電子器件的高靈敏性和快速反應特點，提高煤礦機電設備的便捷操作水平。以煤礦生產的大功率設備為例，可以在掘進機、提升機、開采運輸設備、排水及通風設備中采用微電子技術，實現相關信息的實時采集、檢測、傳輸和處理，有效控制大功率設備的生產運行過程。

（2）機電一體化技術。隨著煤礦機電設備的智能化、柔性化發展趨勢，要在煤礦機電設備中引入機電一體化技術，實時監控煤礦機電設備運行狀態，及時發現設備故障，進行自動化的故障報警和處理，提高煤礦機電設備的運行效率。

（3）控制技術?？梢詫⒂嬎銠C網絡技術和控制技術引入到煤礦機電設備之中，實現煤礦機電設備中的驅動裝置、控制裝置、生產器械的自動化控制，滿足煤礦機電設備的應用需求。

2 煤礦機電設備自動化技術應用存在的問題剖析

（1）缺乏完善的管理制度。由于煤礦機電設備自動化技術應用相對復雜，因而要以完善的管理制度為保障。然而當前的煤礦機電設備自動化應用缺乏完善的管理制度和體系，仍舊沿襲原有的設備管理機制和模式，導致機電設備自動化技術的應用價值無法充分體現。

（2）缺乏合理全面的煤礦生產設備工程設計。在自動化技術應用于煤礦機電設備的過程中，缺乏對自動化技術應用的全面工程設計，對于煤礦機電設備安裝、費用預估、采礦進度的設計不足，無法充分發揮自動化技術的優勢功能和特點，增大了煤礦開采的安全隱患。

（3）煤礦機電設備安裝技術及操作不夠規范。部分生產作業人員沒有全面掌握煤礦機電設備的安裝技術和操作規程，在安裝實踐中存在錯誤或疏漏，增大了煤礦機電設備生產作業的安全隱患，降低了煤礦自動化機電設備的開采效率。

3 自動化技術在煤礦機電設備中的應用探索

3．1 PLC自動化技術在煤礦皮帶機電控制系統中的應用

煤礦皮帶機電氣控制系統主要是實現對皮帶機的自動控制和操作，可以將先進的PLC自動化技術應用于皮帶機電氣控制系統之中，提高皮帶機的自動化程度，采用以PLC為核心的可編程電控裝置、調速型液力偶合器和行星齒輪減速器等，實現皮帶機的軟起動和制動控制，遠程監測和控制各個皮帶機的各個參數，在多級驅動、輸送機變向運行及功率平衡的技術支持下，延長皮帶機的單機輸送長度，并在變頻器技術的應用下，實現電機的穩定、節能、快速啟動和調速，實現井下皮帶機電氣自動化控制。系統采用的傳感器主要包括有：（1）速度傳感器。重點監測皮帶機皮帶的速度，監測并獲悉皮帶打滑、超速等問題。（2）跑偏傳感器。主要實現對皮帶機皮帶的跑偏狀況的實時快速監測，一旦出現跑偏信號，則要切斷電源，實現對皮帶機的跑偏保護。（3）煙霧傳感器。重點監測皮帶機運輸煤礦過程中因摩擦而出現燃燒或過熱的現象，主要是針對礦井下的惡劣環境而設計的。（4）溫度傳感器。主要實現對皮帶的保護，避免皮帶機運輸煤礦過程中因溫度過高而引發皮帶起火或煤炭燃燒的現象。（5）堆煤傳感器。主要針對皮帶上出現過多的煤堆積的現象，避免皮帶的損壞。（6）縱撕傳感器。主要監測皮帶機的彎曲程度，由此判定皮帶運行過程中的撕裂故障。（7）語音傳感器。主要進行語音提示和語音故障報警，體現控制系統的人性化設計。（8）拉線傳感器。主要是通過急停開關進行控制，實現對礦用帶式輸送機的緊急停車信號檢測和綜合保護。

具體應用功能包括有：（1）動態顯示?？梢岳肞LC自動化皮帶機控制系統進行動態顯示，通過良好的人機控制界面，顯示帶速、軸溫、打滑、跑偏、縱撕、堆煤、煙霧等運行環境參數，及時發現故障信號并提示預警。（2）連鎖功能?？梢圆捎眉?、手動、檢修、就地、閉鎖等不同控制方式，進行電機的順序啟動和反順序停止，通過軟啟動和軟停車的方法，實現大功率運輸機系統的重載啟動和低加速度平穩啟動，提高多級皮帶機的運行效率。（3）故障保護。自動化系統能夠及時監測和發現皮帶機系統的打滑、堆煤、超速等故障，自動控制皮帶機停車，對于超溫、煙霧故障時自動啟動灑水裝置。

3．2 光纖傳感技術在煤礦機電設備安全狀態監測系統的應用

由于煤礦機電設備運行故障會引發燃燒及次生災害，為此，要加強煤礦重大災害的監測和預警，可以引入光纖傳感技術，集中實時采集煤礦機電設備的安全狀態參數，如振動、溫度等，從而較好地提高煤礦機電設備信息融合和狀態監測水平。

具體來說，主要有以下三種光纖傳感技術：（1）基于光纖光柵的物理量監測技術?？梢岳迷摷夹g制作煤礦上使用的光纖溫度傳感器，并與其他機械結構相結合進行使用，如：位移傳感器、氫氣傳感器、濕度傳感器等，更好地適應煤礦環境的要求。（2）基于拉曼散射的分布式溫度監測技術?？梢岳妹旱V光纖分布式測溫系統，檢測煤礦采空區內部的溫度、距離，準確判定采空區“三帶”的分布及采空區頂板垮落砸斷測溫光纜的位置，并進行皮帶機、電纜的溫度異常監測和定位排查。（3）基于可調諧激光光譜吸收的氣體監測技術。利用該技術制作煤礦用的光吸收類氣體傳感器，利用激光二極管的波長掃描和電流調諧特性，進行氣體的測量，為應急救援提供數據支撐。

基于光纖傳感技術的煤礦機電設備安全生產監測系統可以監測設備運行狀態，主要包括有：（1）主井提升機狀態監測。包括驅動電機、變速箱、導向輪、滾動軸承振動和溫度的監測，液壓站溫度及壓力的監測，潤滑泵的壓力監測，高壓開關柜電纜接頭溫度監測，變壓器繞組的溫度監測，噪聲監測。（2）壓風機狀態監測?？諝鈮嚎s機溫度及振動監測，電機溫度及振動監測，壓縮機管道的壓力監測。（3）中央泵房水泵狀態監測。重點監測水泵及電機軸承的溫度及振動，水泵壓力及水位等狀態。（4）一采主皮狀態監測。監測皮帶機機頭、給煤機、機尾的溫度及振動，水箱及冷水塔的水壓及水位，油泵油壓參數等。并對一采主皮、一采三號皮實施分布式溫度在線監測。

3．3 自動化技術在煤礦挖掘設備中的應用

由于煤礦井下作業極其復雜和惡劣，因而煤礦開采作業必須要采用各種大型采掘設備，實現煤礦的自動化、綜合化開采作業，可以引入電牽引采煤機設備，利用其良好的牽引性能和特點，在自動化控制系統的作用下，由電牽引采煤機提供較大的牽引力，利用自動化控制系統發電制動，有效牽引住下滑的制動器，適用于40°～50°的傾斜煤層，能夠有效地提高煤礦開采率。

3．4 基于GIS的煤礦機電設備精細化管理系統的應用

面對日趨網絡化、數字化、信息化、自動化的管理趨勢，煤礦機電設備管理和維護也引入了Jsp技術、GIS地圖開發工具，設計和應用基于GIS的煤礦機電設備精細化管理系統，優化了煤礦機電設備的管理模式，采用GIS地圖管理模式，實現了煤礦機電設備計劃采購、入庫、領用、出庫、點檢、回收、報廢的全過程管理，實現了煤礦機電設備維檢辦公自動化。

4 結語

綜上所述，自動化技術為煤礦機電設備帶來極大的便利，有效提高煤礦機電設備應用效率，實現煤礦自動化開采、挖掘作業，進行煤礦作業過程的實時自動化監測和控制，較好地規避煤礦作業生產過程中的安全隱患，實現煤礦安全高效的生產。