自動化技術在煤礦機電設備方面的應用研究

摘要：自動化技術的廣泛應用促進了我國經濟發展。對于煤礦生產中機電設備而言，自動化技術的應用能顯著提高生產效率，降低工人勞動強度。基于此，為提高自動化技術在煤礦機電方面的應用效果，本文從煤礦機電設備自動化技術的特點與優勢入手，以某煤礦2號、3號礦井為例，基于自動化技術提出一種煤礦機電設備的全生命周期管理系統，以此提高自動化技術的應用效果。

關鍵詞：自動化技術；機電設備；全生命周期

煤礦機電設備在煤礦生產中有著極為重要的作用，具有類型多、分布廣、移動性強、檢修頻繁的特點，如果完全依靠人工管理與維護，難度極高，維修人員無法實時掌握機電設備所處位置與運行情況，不僅費時費力、效率極低，還增加了煤礦企業的經營成本。如果能應用自動化技術，建立用于煤礦機械設備的全生命周期管理系統，會大幅提高煤礦機電設備的工作效率。

一、煤礦機電設備自動化技術特點

（一）安全可靠

當前，信息技術、PLC、微電子技術等被應用到煤礦機電設備中，對我國煤炭行業的發展起到了極大的促進作用。經過調查發現，在自動化技術應用后，煤礦生產安全事故有了極為明顯的下降。由此可見，自動化技術有著極強的可靠性，能大幅提高機電設備的安全程度。與以往人工操作相比，自動化技術能有效監督與管理所有生產環節，并及時判斷故障，向管理人員提供具有參考意義的解決方案，確保煤礦生產的順利開展。此種模式可在各類復雜環境下規避許多隱性風險，以此確保煤礦生產的高效和安全。

（二）智能化程度高

自動化技術是當前諸多先進技術的集合體，顯著特點是智能化。煤礦機電中應用自動化技術也能凸顯出此特點，管理人員利用此項技術收集與分析煤礦生產的信息，確保所有機電設備均能維持穩定運行。智能化極強的自動化技術能在一定程度上預測煤礦機電設備的故障，在適當時間提醒管理人員機電設備可能發生的故障，引起維護人員的注意。

二、煤礦機電設備應用自動化技術的優勢

基于上述自動化技術的特點，將其應用于煤礦機電設備中極為必要，優勢包括以下內容：

（一）提高安全系數

自動化技術應用于煤礦機電設備的顯著優勢是大幅提高煤礦生產的安全系數。具體而言，通過運用自動化技術中的信息技術、智能化技術等技術，可以提高機電設備運行效率，并以實際情況為準，調整設備運行狀況，提高機電設備運行的安全系數。與傳統人工操作相比，應用機動化技術后，機電設備的運行精密度、反應速度高于人工操作，即使發生意外故障也能第一時間采取相應措施，提高煤礦生產的安全系數。

（二）提高生產效率

對于煤礦開采而言，多數煤礦分為露天開采與深度開采兩種，在完成露天開采后，涉及深度開采。與露天開采相比，深度開采的難度更高，開采工序也更為繁雜。煤礦生產企業會充分考慮現場所有干擾因素，并進行綜合考量，最后制定較為合理的施工方案。基于此，此流程中不論是干擾因素的收集，還是綜合分析，均為人工操作，不但會增加工作人員的勞動強度，也無法完全保障工作人員的安全。而通過應用自動化技術，可以解決此項技術難題，工作人員通過預先設定的程序對各類機電設備進行精確操作，攻克煤礦開采過程中存在的難點，進而實現高效運行，簡化開采流程，提高生產效率。

三、煤礦機電設備自動化技術的應用策略

自動化技術應用于煤礦機電設備極為必要，以某煤礦企業的2號、3號礦井為例，基于自動化技術，提出一種可用于煤礦機電設備的全周期管理系統，具體如下。

（一）案例概況

該煤礦生產企業計劃開采2號、3號礦井，由于井田南側存在自燃現象，無法進行開采，因此只能開采其他部分。內部煤層厚度為3.5～3.6m，平均為3.3m，北側厚度較高，南側厚度較薄，結構簡單，其中摻雜夾矸，厚度在20cm以上，巖性為泥巖、粉砂巖，埋深在65m以下。2號、3號礦井標高變化在1100～1118m。上述兩種礦井的主要系統有供電系統、運輸系統與采掘系統。

1.供電系統

該煤礦企業采用10kV變電所進行供電，井下電壓為10kV，以380V電壓供應其他低壓負荷用電，并在井下排水區域額外設置配電室，容量為342.22kW，運行容量為266.34kW，需用系數與功率因數均為0.75，額定功率為266.34kW，有功功率為196.97kW。井下消防系統電負荷為二級，容量為233.7kW，運行容量為158.4kW，需用系數與功率因數均為0.75，額定功率為158.4kW，有功功率為127.04kW。掘進設備電壓等級有四個檔次，分別為33300V、1100V、650V、126V。

2.運輸系統

該煤礦采用膠帶輸送機進行運輸，2號、3號井的工作面采用型號為SGZ900的刮板運輸機，功率為1050kW，每小時可傳輸2000t左右，鏈速為1.25m/s左右。同時，采用型號為SZZ1000的裝載機，裝機功率為400kW，能在一小時內裝載2500t左右，設計長度為50m。所采用破碎機型號為PCM200，功率為200kW，每小時可破碎2500t煤炭，伸縮膠帶型號為DSJ120，功率為1200kW，帶寬為120m，帶速為3.15m/s，每小時可輸送1200t煤炭。

3.采掘系統

礦井工作面采用的是型號為ZY9500的液壓支架，2號、3號礦井共采用了141架，在運輸順槽端頭安裝六架型號為ZY7200的端頭，同時配備型號為MG500的牽引雙滾筒采煤機，SGZ900型刮板運輸機，SZZ1000橋式轉載機，型號PCM200錘式破碎機，以及若干乳化液泵與噴霧泵，掘進機型號為EBZ－160。

綜上所述，該煤礦企業規模較大，采用的機電設備型號極為復雜，如果僅憑人工進行管理與維護，難度較高，效率較低，因此，該管理人員決定將自動化技術應用其中，建立一種可以對機電設備統籌管理的自動化系統。

（二）設計目標

該系統以實用、先進、經濟為根本，立足于煤炭行業根本需求，提高企業的自動化水平，將機電設備管理信息化、自動化，實時采集與監控所有機電設備產生的數據，以此提高管理人員的監控力度，達到節約煤礦生產成本、提高生產效率與安全系數的目的。該系統應實現以下目標：

第一，安全報警。自動化機電設備管理系統最為基本的是滿足煤礦生產的安全需求，該系統可通過采購、臺賬、庫存、維護、監控、報廢七個功能模塊實現煤礦機電設備的自動化控制。

第二，數據檢測與數據共享。在上述功能模塊的基礎上，建立數據共享機制，在各個部門中實現數據共享，當機電設備出現故障后，能第一時間將數據信息傳輸至控制中心，由管理人員進行決策。

第三，將安全數據作為中心，通過信息管理系統，實現煤礦機電設備的自動化控制，監控人員判斷各個機電設備的運行狀況，以此提高煤礦機電設備的安全系數。

（三）整體結構

由于2號、3號井下的生產點較為分散，要以井下煤礦機電設備的實際所處區域確定數據的傳輸模式。因此，煤礦機電設備與控制中心的通信方式選擇CMDA，此通信制式信號傳輸速度較快，傳輸過程穩定，運營費用較低，符合煤礦機電設備自動化控制需求。例如，井下工作面較遠，此網絡無法完全覆蓋，可利用寬帶接入的方式連接，框架則采用當前技術較為成熟的NET框架。

1.表現層

此層也可稱為顯示層，主要是顯示信息數據，不需要在此層面安裝邏輯應用，也不需要特殊維護。從本質上看，此層結構為人機接口，并不涉及數據處理與數據收集，只是將其他層面涉及的數據呈現給用戶。

2.業務層

此層由煤礦機電設備的采購系統、庫存系統、設備檢修維護系統、設備報廢系統等重要系統共同構成，作用為數據處理，該全生命周期自動化控制系統的多數功能均來自此層面。

3.存儲層

此層由數據訪問層與持久層共同構成，數據訪問層是提供給表現層的接口，用戶可通過表現層進入數據訪問層調用與修改相關數據。而數據持久層僅具備數據存儲功能，所有煤礦及機電設備的相關信息數據均存儲于此。

（四）安全設計

為滿足該系統的安全性，要從數據庫管理與應用系統兩方面入手。

1.數據庫管理

數據庫管理是該系統的核心，煤礦機電設備的運行狀況、型號、歷史故障信息均存儲于數據庫中。因此，數據庫管理對設備安全運行、系統信息安全極為重要。技術人員可提高對存取控制與備份管理的重視程度，對系統所有訪問用戶進行權限控制，為用戶分別設置不同的操作權限，并定期備份數據庫中的信息，不但能確保數據庫的信息安全，還能防止意外事故造成的信息丟失。

2.應用系統

此方面指的是保護業務層面中所有系統的用戶權限以及用戶密碼，為不同的員工設置不同的用戶名，不同用戶名的功能權限存在差異，用戶只能在范圍內進行瀏覽。密碼保護指的是保護所有用戶名與密碼，防止不當操作產生損失。

從上述數據庫管理與應用系統兩方面對用戶權限、密碼進行限制，并通過數據備份最大限度上防止數據丟失，以此完成該系統的安全設計。

（五）數據庫

該系統數據庫涉及的組件構成了基礎結構，如圖1所示。

數據源是數據庫中數據的根本來源，此系統的基本數據源設計如下。

1.煤礦機電設備基本信息

基本信息包括設備名稱、設備類型、價格、數量、總價、購買日期、廠商。此類信息為機電設備的基本信息，通常此類信息的更新頻率較低，只有在設備報廢后才需要更新，數據類型分別為nvacha、float、int、datetime，長度在8～50B。

2.數據訪問層用戶信息

此類信息與機電設備基本信息相差較大，需要實現信息的修改、刪除以及添加操作，包括用戶名、密碼、用戶類型，技術人員以用戶類型為準賦予不同權限，數據類型有int、nvacha，密碼的字節長度為50B，其他則為4B。

3.設備運行信息

此類信息具有極強的實時性，主要來自煤礦機電設備表面安裝的傳感器，傳感器收集相關數據后會將其傳輸至存儲層進行存儲，如果用戶需要調用此類信息，要通過數據訪問層，此類信息包括設備名稱、運行溫度、使用日期、運行狀況、歷史故障等，數據類型為nvarchar，字節長度為50B。部分數據信息會傳輸至安全預警系統中，技術人員可預先在安全預警系統中設置閾值，如果傳感器采集的數據超過閾值，會及時向管理人員發出警報，管理人員調用相關信息并采取有針對性的措施。

4.設備采購信息

作為全生命周期系統，設備采購信息也必須存儲至數據庫中。此類數據包括機電設備編號、名稱、操作方法、廠商、采購日期、采購人員等，數據類型為Int、nvarchar，字節長度為4～50B，此類數據一經錄入無法修改，需要最大程度上保護數據。

5.設備檢修記錄

此類信息需要實時更新，以每個機電設備的特有編號為準，建立不同的數據表格，將設備名稱、數據類型、廠商家族疾病錄入其中，并在每次檢修后由工作人員更新，確保信息的實時性，此類數據類型為nvarchar、float、datetime，字節長度為8～200B。

6.管理人員信息表

管理人員的用戶名為該系統最高權限，需要修改與添加所有信息，此信息表內容包括用戶名、登錄密碼、用戶類型，此信息表權限較高，可以更改所有信息，數據類型有Int、ncarchar，字節長度為4～50B。

四、結語

綜上所述，隨著科技的發展，自動化技術的應用越來越廣泛，如果能將其應用煤礦機電設備中，可以有效提高生產效率、安全系數以及故障處理效率，本文以某煤礦企業為例，基于自動化技術提出一種用于煤礦機電設備的全生命周期管理系統，該系統能有效降低工作人員勞動強度，在機電設備發生故障的第一時間采取措施，以此降低設備故障對煤炭生產帶來的影響。

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作者簡介：陳韋龍（1987），男，山東省龍口市人，本科學歷，工程師，主要研究方向為礦山機電。