任富強(qiáng)，李剛，康宇全

貴州省煤礦設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州貴陽，550025

0 引言

就目前的煤礦開采運(yùn)輸而言，自動(dòng)化技術(shù)在其機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用。為進(jìn)一步提升此項(xiàng)技術(shù)的適應(yīng)性，煤礦企業(yè)、相關(guān)學(xué)者與研究人員就需要充分了解煤礦中的機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)以及自動(dòng)化技術(shù)，明確此項(xiàng)技術(shù)在其中的應(yīng)用優(yōu)勢，然后根據(jù)煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用需求，合理應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)。同時(shí)應(yīng)該結(jié)合煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)自動(dòng)化技術(shù)在其中的發(fā)展方向進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化技術(shù)的良好應(yīng)用與發(fā)展，進(jìn)一步推動(dòng)煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的進(jìn)步。

1 煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)與自動(dòng)化技術(shù)概述

1.1 煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)

煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)是當(dāng)今煤礦井下運(yùn)輸?shù)闹匾O(shè)施。在煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)中，主要的組成部分包括主提升設(shè)備、副提升設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備、排水設(shè)備及供電設(shè)備等。這些設(shè)備之間協(xié)調(diào)配合，可以充分滿足煤礦生產(chǎn)作業(yè)中的煤炭運(yùn)輸需求，從而及時(shí)、有序、穩(wěn)定、安全地將煤炭從井下運(yùn)輸?shù)降孛妗?/p>

1.2 自動(dòng)化技術(shù)

自動(dòng)化技術(shù)是在不需要工作人員或者是在極少數(shù)工作人員操作下便可對(duì)各種機(jī)電設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行控制與操作的一種先進(jìn)技術(shù)形式。就目前的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用來看，過程自動(dòng)化、機(jī)械制造自動(dòng)化以及管理自動(dòng)化是其主要的應(yīng)用方向。將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)中，將會(huì)使其在少數(shù)人操作的情況下保持安全、穩(wěn)定運(yùn)行。因此，此項(xiàng)技術(shù)在當(dāng)今的煤礦機(jī)電運(yùn)輸領(lǐng)域中得到了越來越廣泛的關(guān)注[1]。

2 自動(dòng)化技術(shù)在煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)中的主要應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 促進(jìn)產(chǎn)能與工作效率的提升

在煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)中，通過自動(dòng)化技術(shù)的合理應(yīng)用，可在提升煤礦產(chǎn)能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)其工作質(zhì)量的進(jìn)一步提升。借助于自動(dòng)化技術(shù)，可對(duì)機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)行加以科學(xué)控制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決其運(yùn)行中的異常，盡最大限度避免由于系統(tǒng)故障或運(yùn)行效果不佳而導(dǎo)致的產(chǎn)能下降現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)煤礦產(chǎn)能的進(jìn)一步提升。同時(shí)，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用也可以有效避免煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)傳統(tǒng)操作中的人為因素影響，使系統(tǒng)得到更加精細(xì)化的控制，從而實(shí)現(xiàn)其工作效率的進(jìn)一步提升。

2.2 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)安全性和可靠性的保障

因?yàn)槊旱V井下生產(chǎn)環(huán)境十分復(fù)雜，整個(gè)生產(chǎn)過程中的危險(xiǎn)系數(shù)都比較高，機(jī)械設(shè)備因素、環(huán)境因素以及人為因素等都會(huì)對(duì)生產(chǎn)安全產(chǎn)生直接影響。一旦出現(xiàn)問題，便很容易引發(fā)嚴(yán)重的安全事故，從而對(duì)煤礦井下工作人員造成嚴(yán)重的安全威脅，并給煤礦企業(yè)造成重大經(jīng)濟(jì)損失。而通過自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，可實(shí)時(shí)監(jiān)測煤礦井下環(huán)境，及時(shí)發(fā)現(xiàn)環(huán)境中的安全問題，并最大限度提升系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備的安全系數(shù)，以此來確保其安全可靠運(yùn)行[2]。

2.3 實(shí)現(xiàn)人力資源成本的節(jié)約

在傳統(tǒng)形式的煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)控制中，通常都會(huì)采取人為操作的方式進(jìn)行各種機(jī)械設(shè)備控制。這樣不僅需要投入大量的人力資源，也會(huì)花費(fèi)很大的成本。尤其是專業(yè)的技術(shù)人員，其成本更是十分高昂。而自動(dòng)化技術(shù)可將煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)中的各項(xiàng)機(jī)電設(shè)備都連接到同一個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，僅需要幾名工作人員在系統(tǒng)終端進(jìn)行監(jiān)控即可。這可實(shí)現(xiàn)煤礦行業(yè)人力資源成本的有效節(jié)約，從而為煤礦行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升奠定良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

3 自動(dòng)化技術(shù)在煤礦機(jī)電運(yùn)輸中的主要應(yīng)用

3.1 煤礦運(yùn)輸自動(dòng)化技術(shù)

對(duì)于煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)而言，運(yùn)輸自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。因?yàn)槊旱V生產(chǎn)中需要將開采出的煤炭及時(shí)運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢?，從而?shí)現(xiàn)整個(gè)煤礦開采作業(yè)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。在此過程中，最關(guān)鍵的設(shè)備便是煤炭運(yùn)輸設(shè)備，如果此類設(shè)備出現(xiàn)了故障，便會(huì)對(duì)煤炭運(yùn)輸工作造成不良影響，甚至?xí)o煤礦企業(yè)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。為有效防止上述問題的發(fā)生，在煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)中，就需要合理應(yīng)用煤礦運(yùn)輸自動(dòng)化技術(shù)。通過PLC來進(jìn)行運(yùn)輸設(shè)備的調(diào)節(jié)和控制，通過總線通信的方式來實(shí)現(xiàn)設(shè)備制動(dòng)，并以此為基礎(chǔ)，將煤礦運(yùn)輸設(shè)備連接到PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的主調(diào)節(jié)模塊以及各個(gè)子單元模塊中，以此來實(shí)現(xiàn)煤礦運(yùn)輸設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控。在運(yùn)輸設(shè)備的具體運(yùn)行中，其運(yùn)行數(shù)據(jù)會(huì)通過傳感器及時(shí)采集并上傳給系統(tǒng)終端數(shù)據(jù)庫，在數(shù)據(jù)庫接收到運(yùn)行信息之后，會(huì)將其與事先編輯并儲(chǔ)存在系統(tǒng)中的初始化參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)其運(yùn)行異常，并及時(shí)將相應(yīng)的調(diào)整指令下達(dá)給相應(yīng)的子單元模塊，以此來實(shí)現(xiàn)煤礦運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)行的科學(xué)調(diào)控，使其在各種工況條件下都能夠保持安全、穩(wěn)定運(yùn)行，以此來有效確保其作業(yè)的穩(wěn)定性與可靠性[3]。在煤礦運(yùn)輸設(shè)備出現(xiàn)故障的情況下，以PLC為基礎(chǔ)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)會(huì)將相應(yīng)的故障信息及時(shí)傳輸給系統(tǒng)終端的管理與檢修人員，使設(shè)備故障得到及時(shí)處理。從而盡最大限度縮短設(shè)備停機(jī)時(shí)間，確保煤炭運(yùn)輸工作效率；同時(shí)也可以有效防治設(shè)備故障所導(dǎo)致的安全問題，為煤炭運(yùn)輸效果及其安全提供良好保障。

3.2 提升機(jī)自動(dòng)化技術(shù)

在煤礦機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備中，提升機(jī)是一項(xiàng)關(guān)鍵設(shè)備。傳統(tǒng)的煤礦提升機(jī)主要通過繼電器來進(jìn)行控制，但是由于繼電器控制系統(tǒng)的體積很大、設(shè)備線路十分復(fù)雜、可靠性和靈活性不足，控制方案改變中需要花費(fèi)高昂的成本，越來越難以適應(yīng)當(dāng)今煤礦行業(yè)發(fā)展以及煤礦提升機(jī)的實(shí)際應(yīng)用需求。因此，以PLC為基礎(chǔ)的自動(dòng)化控制技術(shù)開始在煤礦提升機(jī)中得到了良好的應(yīng)用與普及。在通過以PLC為基礎(chǔ)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行煤礦提升設(shè)備的具體控制中，可將相應(yīng)的傳感器設(shè)置在提升設(shè)備上，然后通過螺旋編碼器對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使其轉(zhuǎn)變?yōu)镻LC可讀取的數(shù)據(jù)形式，然后將其傳輸?shù)絇LC中，通過與其中編程儲(chǔ)存的相應(yīng)數(shù)據(jù)對(duì)比，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，并及時(shí)作出響應(yīng)；借助于系統(tǒng)終端，管理和技術(shù)人員可通過指令控制器將相應(yīng)的控制指令發(fā)送給PLC，以此來實(shí)現(xiàn)既定控制指令的執(zhí)行，遠(yuǎn)程控制煤礦提升設(shè)備；另外，接地開關(guān)也與PLC連接，在接地開關(guān)動(dòng)作后，PLC也會(huì)立即響應(yīng)，從而通過自動(dòng)化控制的方式來對(duì)機(jī)電設(shè)備實(shí)施保護(hù)。具體控制中，PLC可根據(jù)實(shí)際情況與系統(tǒng)指令對(duì)煤礦提升機(jī)中的電動(dòng)機(jī)、液壓器、潤滑站以及磁力站進(jìn)行自動(dòng)化控制，同時(shí)也會(huì)將提升機(jī)的運(yùn)行信息實(shí)時(shí)顯示在控制系統(tǒng)終端，包括提升的次數(shù)、提升速度、提升機(jī)所在深度、故障聲光顯示以及光標(biāo)深度顯示器顯示等。通過這樣的方式，可使煤礦提升機(jī)得到良好的自動(dòng)化控制，從而最大限度確保其作業(yè)效率與安全性，為煤礦行業(yè)的經(jīng)營與發(fā)展奠定良好的技術(shù)基礎(chǔ)[4]。圖1為煤礦提升機(jī)PLC自動(dòng)化控制組成結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 煤礦提升機(jī)PLC自動(dòng)化控制組成結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 井下傳送帶自動(dòng)化技術(shù)

在煤礦機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備中，井下傳送帶也是一項(xiàng)關(guān)鍵的煤炭運(yùn)輸設(shè)施，如果井下傳送帶在運(yùn)行過程中出現(xiàn)了故障，也會(huì)對(duì)煤炭運(yùn)輸質(zhì)量乃至于安全造成很大程度的不良影響。因此，在自動(dòng)化技術(shù)的具體應(yīng)用中，井下傳送帶自動(dòng)化也成為了一項(xiàng)關(guān)鍵內(nèi)容。將自動(dòng)化技術(shù)和用來進(jìn)行電磁系統(tǒng)優(yōu)化分析的CST軟件相結(jié)合，便可為井下傳送帶的連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行提供良好保障，并實(shí)現(xiàn)傳送帶運(yùn)輸工作效率的進(jìn)一步提升。在此過程中，也需要不斷地完善煤礦機(jī)電系統(tǒng)中的數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)，以此來實(shí)現(xiàn)煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的數(shù)字化、自動(dòng)化和智能化發(fā)展，使其故障發(fā)生概率得以有效降低[5]。

3.4 輔助運(yùn)輸系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)

在煤礦行業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)過程中，輔助運(yùn)輸系統(tǒng)也是其機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)中的一個(gè)主要組成部分。而將自動(dòng)化技術(shù)合理應(yīng)用到煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)中，也會(huì)使其運(yùn)輸工作質(zhì)量、效率及其安全性得以良好保障，從而有效確保煤礦井下作業(yè)過程中的運(yùn)輸工作自動(dòng)化發(fā)展。就目前來看，自動(dòng)化技術(shù)在煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)中的應(yīng)用主要包括以下幾個(gè)方面：①以自動(dòng)化計(jì)數(shù)為基礎(chǔ)的無極繩絞車，將無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)安裝在無極繩絞車中，便可對(duì)其整個(gè)的運(yùn)輸過程進(jìn)行全面監(jiān)控，并根據(jù)實(shí)際的環(huán)境情況對(duì)其運(yùn)行進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)整。通過這樣的方式，不僅可有效解決傳統(tǒng)絞車應(yīng)用中的操作人員數(shù)量多、運(yùn)輸距離短等的諸多問題，而且進(jìn)一步確保其運(yùn)輸?shù)陌踩?，從而為煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)及其設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行控制提供良好的技術(shù)支撐；②以自動(dòng)化技術(shù)為基礎(chǔ)的煤礦采掘皮帶，此類的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)可有效替代傳統(tǒng)煤礦井下運(yùn)輸系統(tǒng)固定人員操作形式，通過自動(dòng)化與智能化的方式對(duì)煤礦井下運(yùn)輸?shù)恼麄€(gè)過程進(jìn)行監(jiān)控，將光纖視頻監(jiān)控系統(tǒng)合理應(yīng)用其中，便可實(shí)現(xiàn)整體運(yùn)輸監(jiān)控效果及其工作效率的顯著提升，同時(shí)也可以有效降低人力資源的投入[6]；③以自動(dòng)化技術(shù)為基礎(chǔ)的機(jī)械推出裝置，該裝置可有效替代傳統(tǒng)煤礦井下作業(yè)中的人工推出操作，顯著降低作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，并盡最大限度確保井下作業(yè)人員的安全性。通過自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用，可以良好地控制機(jī)械推出裝置的運(yùn)行狀態(tài)、速度及其安全，從而確保煤炭推出作業(yè)的安全、穩(wěn)定進(jìn)行。

4 自動(dòng)化技術(shù)在煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)中的發(fā)展方向

4.1 全面進(jìn)行數(shù)字化礦井建設(shè)

在煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展中，要想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化技術(shù)的良好應(yīng)用，相關(guān)企業(yè)需要全面建設(shè)數(shù)字化礦井。在此過程中，相關(guān)單位與技術(shù)人員需要合理利用先進(jìn)的三維仿真建模軟件，或者是針對(duì)礦井?dāng)?shù)字化建設(shè)進(jìn)行專用軟件開發(fā)，將礦井中的各項(xiàng)參數(shù)導(dǎo)入軟件中，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化擬態(tài)礦井環(huán)境的建立。將軟件與煤礦機(jī)電運(yùn)輸自動(dòng)化系統(tǒng)之間建立起聯(lián)系，通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集來實(shí)現(xiàn)數(shù)字化礦井模型的不斷更新，對(duì)礦井開采作業(yè)的發(fā)展趨勢及其即將面臨的困難、問題亦或是危險(xiǎn)等情況做出科學(xué)預(yù)測。通過這樣的方式，便可為煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的自動(dòng)化控制提供良好輔助，從而進(jìn)一步確保其自動(dòng)化控制效果，為井下機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備的安全、靈活、有效應(yīng)用提供良好保障。

4.2 通過機(jī)器人替代人工作業(yè)

由于煤礦井下作業(yè)環(huán)境十分特殊，存在的安全隱患也比較多，且很多的安全事故都具有突發(fā)性。在這樣的情況下，井下作業(yè)人員很難對(duì)突發(fā)情況做出及時(shí)有效的反應(yīng)。加之一些作業(yè)人員的技術(shù)操作存在問題，人為因素所導(dǎo)致的機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)問題也比較常見。因此，在未來的煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)應(yīng)用中，可將機(jī)器人合理應(yīng)用其中，替代目前的人工操作，并將機(jī)器人與自動(dòng)化控制系統(tǒng)相連接，通過系統(tǒng)中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)采集與獲取來執(zhí)行相應(yīng)的控制與調(diào)整操作，從而與自動(dòng)化控制系統(tǒng)之間達(dá)成良好的協(xié)調(diào)效果，有效避免人為因素所導(dǎo)致的機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)問題，降低井下安全事故的發(fā)生概率，實(shí)現(xiàn)煤炭運(yùn)輸作業(yè)與整體煤礦生產(chǎn)作業(yè)效率、質(zhì)量及其安全性[7]。

4.3 井下運(yùn)輸信息管理系統(tǒng)的完善

為實(shí)現(xiàn)煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)中自動(dòng)化技術(shù)的良好應(yīng)用，煤礦行業(yè)也需要科學(xué)建立其運(yùn)輸信息管理系統(tǒng)，全面收集各個(gè)運(yùn)輸設(shè)備的具體信息數(shù)據(jù)，并通過先進(jìn)的大數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等來進(jìn)行潛在的安全隱患預(yù)測。通過這樣的方式，不僅可以進(jìn)一步提升煤礦井下作業(yè)的管理效果，同時(shí)也可以及時(shí)獲悉到煤礦井下運(yùn)輸作業(yè)將會(huì)面臨的問題，并根據(jù)信息管理系統(tǒng)的實(shí)際分析結(jié)果來進(jìn)行煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，以此來實(shí)現(xiàn)各種安全問題的有效規(guī)避，使井下運(yùn)輸信息管理系統(tǒng)和自動(dòng)化技術(shù)之間的結(jié)合效果達(dá)到最佳。

5 結(jié)語

綜上所述，自動(dòng)化技術(shù)在當(dāng)今的工業(yè)領(lǐng)域中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，尤其是在煤礦井下運(yùn)輸作業(yè)中，將自動(dòng)化技術(shù)合理應(yīng)用到其機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)中，將會(huì)使其整體系統(tǒng)的運(yùn)行效果及其安全性得以顯著提升，在提升煤炭運(yùn)輸工作效率與質(zhì)量的同時(shí)盡最大限度降低系統(tǒng)故障和相應(yīng)的安全事故發(fā)生概率。因此，在具體的煤礦井下運(yùn)輸作業(yè)中，煤礦行業(yè)研究者與技術(shù)人員應(yīng)加大力度對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行研究，以此來適應(yīng)現(xiàn)代化煤礦井下機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備及其系統(tǒng)的發(fā)展，為煤炭運(yùn)輸提供良好的技術(shù)支撐，進(jìn)一步促進(jìn)煤礦行業(yè)的自動(dòng)化與智能化發(fā)展。