自动控制技术在煤矿开采中的应用

于兰兰

摘 要：随着科技的不断发展，自动控制技术广泛的应用到煤矿的生产领域当中，避免了煤矿在生产过程中出现的安全事故。将自动控制技术引入到煤矿开采系统中，不仅能够提高生产的安全系统，而且还降低了企业的投资成本，有效的提高了生产效益和安全效益。本文介绍了自动化控制系统的整体设计，探讨了在煤矿开采中的具体应用。（本文原刊于煤矿开采2013年）

关键词：自动化控制技术；煤矿控制系统；安全应用；煤矿开采

煤矿行业对安全生产越来越重视。煤矿开采中的自动化控制系统是杜绝煤矿生产安全事故的重要举措，能够对井下的状况进行及时的监控和控制，降低了事故发生率，提高煤矿生产的安全系数。但是在目前我国的煤矿开采过程中，大多数都是人工操作，无法实现动态的监控和控制，所以引入自动控制技术，能够有效的提升煤矿生产的安全性，很大程度上改善了系统的管理水平。

1 自动控制技术对煤矿安全生产的影响

1.1 煤矿安全生产现状

煤矿事业是我国主要的能源产业，所以在促进煤矿事业的发展的前提下一定要提高安全防护措施，采用强化管理、改善科技等手段进行煤矿安全管理的治理整顿。但是在目前的矿井开发中仍然有很大的事故发生，这就暴露出一些问题。我国大多数的煤矿地质条件都比较复杂，施工难度大，很容易带来安全隐患，管理手段也不是很先进，对于冲击地压、瓦斯防治等都不能及时的处理，加上现在的监控设备很落后，导致安全管理科技停滞不前，不能够提供正确的管理以及安全保障。在矿井事业中的专业人才稀缺，从业人员技能水平不足，随着信息化的到来，对技术人员的要求越来越高，然而大多数企业缺少采矿的专业人才，这是企业面临的很大难题。对于内部的管理也存在明显的缺陷，在安全、技术、资源等管理上有严重的缺乏，这对于矿井的安全管理带来很大的隐患。

1.2 自动控制技术在煤矿开采中使用存在的问题

目前我国机械自动化技术还处在初始阶段，性能过于单一，局部形式的发展状况。而在发达国家的自动化水平明显比我国略高一筹，在技术方面普遍实现了智能化、自动化的集成方式。这与企业自身的管理模式和工艺水平息息相关，在我国的管理模式比较传统，局限于旧时的传统理念，但是在发达国家已经全部实现了计算机管理，而且对人员的管理与生产模式不断的进行创新。在机械设计方面，我国依旧处于被动状态，不能及时的进行创新研究，设计水平进步缓慢，这也是源于对人才管理的疏忽，缺少综合性复合人才是自动化技术水平发展缓慢的主要因素之一，而且在培养机制也没有创新的发展，总体来说我国机械自动化技术水平的发展空间很大，只有采取创新的管理模式和育人机制，才能最大程度上提升我国自动化技术水平。

2 煤矿开采中自动控制技术的系统构成及工作原理

1、自动化控制系统工作原理

自动化控制系统采用分散检测、整体控制的方式，在煤矿的生产过程中设置若干监控分站，能够动态的检测煤矿的风量、温度以及有毒气体的含量，然后将检测的数据通过通信电缆传输到煤矿通风主站上，各监测分站的信息也汇集到主站进行集中管理，最后通过计算，得出煤矿安全生产中各项指标的状况，并根据煤矿生产的要求制定出相应的控制方案，待系统转化为控制指令时传达给各分站监控中心，在变频装置的作用下，实现自动化控制的目的。其原理图如下：

图1 自控系统原理图

系统组成

自动化控制系统主要包括传感器系统、中央控制系统两大部分组成。

传感器系统

自动化系统中要接收不同的监控数据和指令，传输多路信号有两种方式，一种是时分制，是根据时序的不同传送不同的信号；另一种是频分制，信号的发送根据自身的频率而定，不会出现混淆的情况，由于这种电路的构成比较简单，出现的故障次数少，所以在实际应用中要大力推广。在频分制系统中，采用了载频器对信号进行接收和传送，信号的传输介质为500V以下的动力传输线，能够动态的监控巷道中各性能指标。

中央控制系统

对于利用轮斗挖掘机进行开采一般有三种开采工艺作为选择，特大型、普通型以及紧凑型轮斗挖掘机。但因为紧凑型轮斗挖掘机的斗轮比较短，容易进行变幅工作的操作，以及其机器结构紧凑、机器自重轻、造价便宜；再加上操作简便、易于维修等优点，我国煤矿开采工作一般选择紧凑型轮斗挖掘机进行。此外，最为重要的是紧凑型的轮斗挖掘机其半径以及卸载的半径长度较短，调幅方式也采用液压缸式。对于其移动方面也采用最为简便的双履带的走行式，此外，该设备的平衡架位位于机体底部并采用法兰盘相连接，这大大的降低了带机体的作业高度，方便煤炭开采作业的进行。

中央控制系统主要通过微型计算机来实现系统的功能，由于微型计算机的接口多，而且扩散能力强，能够完成系统所分配的任务。在对自动控制技术的作用下，达到了精度高、速度快等特点。中央控制系统的主要任务就是将监控站所采集的数据信息进行处理，并制定出相应的控制方案，根据实际需求对通风量进行调控，同时，中央控制系统还能够实现报警的功能，具体包括以下几个方面：①发出指令传递给监控站，实现对个分站系统的动态监控。②对各监控站的反馈信息进行处理并修改。③根据系统的需求制定相应的控制方案，并转换为控制指令使执行机构动作。④监控设备在运行中出现异常，能够及时的报警并启动相应的处理程序。

3 自动控制技术在煤矿生产系统中的功能和应用

实时的监测数据，进行数据表的查询与打印

系统将传感器采集到的数据，主要包括煤矿开采设备的运行状况、风压以及有毒气体排放等参数进行动态的监测，然后根据系统设定的参数值相比较，为操作人员提供准确的数据参考依据。为了方便操作人员的更加直观的看到煤矿开采的工作状况，自动控制的系统设置了数据报表的功能，在数据的传输中，能够将实时的数据与历史数据按照规定的报表的模式打印出来。数据报表中有多种报表的方式可供选择，根据工作人员的需求选择报表的方式，提供了很大的便捷。

图2 数据监测功能的实现

顶板管理主要需要考虑有履带行走式液压支架掩护以及无履带行走式液压支架掩护两种情况。其中，在有履带行走式液压支架掩护的情况下，对于位于采空区的连续采煤机切割死角位置的煤柱无法回收，除此之外，对于煤房中的绝大所述的煤柱都是可以回收的，单纯依赖遗留下来的煤柱不足以起到顶板支撑的作用，所以，在实践中顶板直接顶是随着开采的进展而随时冒出的，老顶则将会在滞后一定时间后安全垮落。顶板管理所采取的是全部垮落法；对于无履带行走式液压支架的情况，单翼煤柱回收法与双翼煤柱回收法在采空区的支撑方面并不存在差异，均是依赖于设置规整的煤柱发挥支撑作用。

绘制趋势曲线

根据传感器采集到的数据，可以通过图形的方式表示出来，通过图形可以看到各模拟量的变化情况，在图形上可以描绘出实时曲线和历史曲线。实时曲线就是指传感器在一段时间内采集到的数据，整合出来的图形曲线；历史曲线就是指对一段时间内的数据的统计、汇总。通过曲线能够直接展现出煤矿开采的生产状况和其他器件的工作状况，保证了系统的正常运行。

安全机制的设置

在系统中设置了不同等级的安全级别，同时对操作人员也设置了不同的权限，比如在安全分析人员只能够在权限的范围之内查看警报信息和报表的情况，其他的数据不能查询。在不同级别的操作人员上设定了不同的密码等级，当操作人员的等级达到相应的权限时，才能够控制相应的区域，对于没有权限的操作系统直接拒绝，在很大程度上提升了系统的安全可靠性。

总而言之，自动控制系统在煤矿开采中的应用，通过在监控单元和控制单元的作用下，实现了对煤矿设备运行状况以及各项安全指标的动态监控，保证了煤矿的安全、可靠的生产。对突发情况及时的处理，实现了无人值班，很大程度上提升了煤矿系统的安全性，降低了煤矿开采过程中的资金投入，给企业带来更多的经济效益。（本文原刊于煤矿开采2013年）

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