电气自动化在智慧矿山的应用探讨

常晓龙 王磊 韩庆涛

摘要：近年来，我国的矿山建设的发展迅速，自改革开放以来，我国的工业和国民经济得到了快速的发展，对于各类资源的需求量不断上升，在矿物质开采时，如果能够建设全自动化的智慧矿山生产体系，将会极大地提高开采效率，还能更好地保证矿山作业时的安全性。自十八大以来，党和国家再将强调了绿色发展观的概念，绿色矿山成为了新的关注点，也是目前的矿业所必需要面对的问题。所以，矿山的自动化建设对矿山的未来发展具有十分重要的应用意义。

关键词：电气自动化;智慧矿山;应用探讨

引言

如今，随着社会经济的不断发展，工业化进程随之加快。基于矿山的特殊生产环境和条件，为了提高矿山开采的效果和效率，一些煤矿企业开始采用电气自动化生产设备、控制设备，从而实现自动化、科学化的采矿模式，并建立智慧矿山体系，为煤矿企业带来更多的经济效益和社会效益。分析了电气自动化技术在智慧矿山中的应用。

1礦山自动化设备的重要意义

首先，开采作业的全面实时监控。在矿山自动化体系中，电气技术和信息技术的结合是最为直接有效的手段，电气自动化技术与信息技术的融合可以让整个矿山的开采工作达到一个新的技术高度。比如在日常的开采作业中，通过信息技术和远程监控技术，可以对开采的整个过程实施全面的监控。现代化的矿山开采技术，是多个领域技术的结合，先进的监控体系和定位技术可以让开采作业得到更多的安全保障，通过矿山自动化设备来实现矿山工艺设备的电气自动化控制，让整个矿山的各个角度都得到有效的监控，快速精准地发现险情和问题，从技术的角度来保证矿山开采的整体效率。其次，有效预防安全事故的发生。在矿山开采中，安全始终是要放在第一位的，每一个矿山都有严格的安全防范制度，但是在实际的作业过程中，会出现不按规格开采的情况，如果可以用监控体系来加以管理，就可以有效地防止这些情况的发生，将监控管理人员发现矿工在开采的过程中存在安全方面的隐患时，就可以及时地加以纠正和制止，能够有效的预防安全事故的出现。自动化技术最基本的特点是自动化和先进性，自动化是指的在较少人工干预的情况下，机械可以自主地完成一些复杂的开采任务，机械的行为是由计算机控制，通过自动化机械来代替人工开采不仅能够提高效率，减少人工投入，还能极大地提升生产时的安全系数。

2技术特点

（1）提升机控制系统。该部分系统结构由PLC构成，主要负责提升机各项控制功能的发挥以及运行安全保护;能够实现手动、全自动、检修、慢车、紧急停车等要求，并达到功能的操控和使用;对提升机的操作逻辑进行控制和闭锁;对传动系统的运行速度进行控制与给定;优化信号系统的控制;对提升机机械、液压、润滑等类型故障的检测、监控与报警等;实现编码器之间的相互监控和断线保护;让硬件、软件安全电路之间形成冗余，进而形成相互闭锁状态;对提升机制动系统的工作闸和安全闸进行稳定控制;测量和显示提升机的位置、运行速度等指标信息;根据故障类型，来实现对安全制动故障、先电制动后安全制动故障等有效处理，有效防范安全事故的发生;具备短路、过负荷、漏电、过压、欠压、接地等电气保护功能。（2）操作和安全保护系统。该系统由Siemens公司之S7-300系列中两套不同配置的编程控制器和两套PLC，两者互为CPU冗余控制。在主控和辅控操作系统之间可以相互通讯和监视，对提升机运行的关键信号采用二重和三重保护设计，可以有效的防止减速、过卷等故障的发生，PLC保证有20%的I/O备用接口。另外，PLC操作控制系统可以实现提升机手动、自动、半自动、检修及紧急控制等各种功能的操作与控制。当提升机处于手动操控状态时，0.1～3.7m/s司机依照信号系统的指示和要求，通过速度给定器件进行提升机操控，让其能够依照预期进行速度运行、自动准确停车、制动减速等，这些功能的操作处理会受到行程控制器的限制。当提升机处于全自动操控状态时，在正常的自动运行逻辑下，司机不需要进行任何操作，只需要对运行状况进行跟踪监视。控制系统会根据实际情况来自动完成一个提升循环，并具有安全联锁。司机只能够完成紧急停车等操作。当提升机处于半制动运行状态时，在运行逻辑正常的情况下，司机可以根据系统发出的卸装信号来启动设备，实现提升机的提升循环，并安全联锁。而系统设备则会自动选择和控制方向，并控制运行速度、自动

加减速等功能。在提升机处于检修状态时，检修速度则为0.1～0.5m/s，该状态下，设备不具备自动化控制功能。

3电气自动化在智慧矿山中的应用

3.1电气自动化技术被运用于通风系统中

矿山所处的地理位置非常特殊，四周的环境较为恶劣，一般的通风系统无法起到很好的作用，所以可在其中采用有层次、离散的电气自动化技术，从而充分发挥通风系统的作用，减少安全事故及故障的发生。所引入的通风自动化系统中，具体包括光纤传输、环形网络、多机联合、备用互联网技术等。借助组态软件和编程软件来控制矿井通风自动化系统的主站及分站，通过完全自动的编程控制，从而促使矿井通风系统的运行更加顺畅。电气自动化技术和矿井通风系统的结合，提高了自动控制的成效，而且具有数据显示、故障记忆、自动报警等功能，所以非常安全、方便和可。

3.2电气自动化技术被运用于排水系统中

将电气自动化技术和矿山中的排水系统进行结合，从而产生全新的矿井排水综合自动化系统，促使排水更加顺畅、安全。总体来说，其具有的原理与功能如下：第一，自动化技术可使水泵全自动运行、开启、停止，同时会计算投入量，从而科学地分配各个机械设备工作量，最终改善和提升排水的效果，并且起到节能的作用。第二，自动化技术可进行保护，同时具有设备运行故障的备用预案，并可降低风险发生的概率。第三，自动化技术能进行远程操控，泵房的各种参数及运行状况会及时进行传递，中心再按照所传递过来的数据和信息来发出指令，从而达到远程操控的作用。第四，矿山运行过程中很容易产生突发情况，所以在自动排水控制系统中采用了几种不同的模式，即手动控制、井上远程控制、井下自动控制，而且能更好地进行核准。第五，全面地提升智能化水平，其系统软件包中有海量参数，同时嵌入了一些控制策略和决策。也有一些矿井，通过采用PLC自动设备来对水位进行监控，自动控制水泵的开启、关闭，按照矿产开采时的蓄水情况合理地控制水泵。

3.3电气自动化技术被运用于供电系统中

供电系统属于矿山中非常关键的一部分，其关系到矿山的整体运行。为了实现智慧矿山的建设目的，可在供电系统中采用电气自动化技术，从而促使供电实现自动识别、自动运输的功能。总的来说，矿山自动化供电系统包括综合保护设备、监控分站、传输通道及地面操作系统等。具体内容如下：1）综合保护设备包括遥测、遥信、遥控、遥脉等部分，不但能对电路信号和功率进行监测，也能远程控制开关阀和定值，或者开展远程通信。其作用是对矿井中的高压配电设备和供电线路进行一定的保护。2）监控分站属于全新的嵌入式控制体系，其可以采集诸多信号，并且进行远程通信。在进行供电的过程中，其将操作运行的数据和信息集合在一起，再进行科学合理的转化，从而使其成为运行统一的参数。借助相应的网络，将监控获得的相应参数传递至地面操控中心，实施操控中心反馈的命令。同时随时进行报警，发出断电的信息，从而使得地面控制中心和综合保护设备之间实现信息的共享。

结语

社会对于资源的需求预示着矿山工作模式改革处于一个十分紧迫的状态，随着信息技术和机械自动化技术的发展，智慧矿山理论越来越成熟，并且大多数理论都已经开始应用于实践，相信随着我国综合国力的加强，自动化设备和智慧矿山改造的速度会越来越快。

参考文献：

[1]章璐玮.矿山自动化设备研究及实践应用[J].中国设备工程，2020（24）：193-194.

[2]章璐玮.矿山自动化设备研究及实践应用[J].中国设备工程，2020（21）：112-114.