煤矿自动化技术的现状与发展

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1引言

目前，煤炭在我国能源生产结构中占比70%以上（孙继平，煤矿自动化与信息化技术回顾与展望：工矿自动化，2010年6期），且是一种廉价、供应可靠、可洁净利用的能源，与石油、天然气相比储产比最大，而核电、水电、风电等能源规模又无法与其相比，因此，煤炭仍将是我国的主要能源。随着工业革命的持续发展，世界发展的主要方向是信息化、自动化、智能化和网络化，这就要求各行各业必须紧跟时代潮流，才能进一步提高生产力，满足人类自身的发展。在煤矿开采业，必须加大自动化生产力度，推动煤矿自动化生产，以尽可能在市场各环节实现监控自动化、综合管理指挥网络化，从而安全、高效的开展煤矿营运工作。

2矿山自动化概况

矿井自动化系统泛指使采矿生产过程实现自动的检测、控制、调节和保护的措施或方法，对提高劳动生产率、改善产品质量控制、提高生产安全有重要作用。其生产过程复杂、场所分散、移动频繁决定了矿井自动化的特点。矿井提升分主井和副井提升。主井提升任务单一，易于实现全自动化。提升机自动控制要求提升容器严格按照规定的速度运行，实现在规定的位置准确停车，其速度根据提升机和容器的任务、形式和井口装备条件等因素来确定。其关键技术是控制减速阶段的速度，一般通过形成调节器实现。提升容器的自动装卸载主要依靠设备的可靠性来保障，目前我国多采用定容斗的装载设备。副井提升任务繁重，负载变化大，一般采用遥控操作来实现半自动化，如司机在井口操作或上下井人员在罐笼内通过按钮控制。生产过程综合自动化是把多个生产环节和多台机械作为一个整体实现自动化，主要包括：采煤工作自动化、掘进工作自动化、井下监测自动化、地面生产系统自动化等。这其中采煤工作自动化是实现矿井现代化的关键，长臂采煤综合机械化的实现为工作面自动化的实现创造了条件，但目前要想全部实现闭环控制，尚有困难。采煤工作面自动化需要实现的主要技术包括：采煤机的牵引控制和功率的自动调节，根据井下煤层的实际情况，自动调节电动机使之恒功率运行；自移式液压支架的检测和控制，难点在于控制对象多，每个对象的状态信息和控制指令多以及在井下恶劣的条件下如何传输大量的控制信息；采煤机位置校正，根据煤层厚度的变化，自动调整采煤机摇臂的高度，最大限度的出煤并降低含矸率。全矿井自动化是对矿井进行总体综合控制，以实现整个矿井的最佳运行。从各生产过程采集的环境参数、生产参数等大量信息经过计算机处理分析，及时做出决策，直接向相关的生产系统或控制人员发送指令，从而实现整个矿井的自动化。矿井复杂的生产条件和技术方面的限制决定了现阶段全矿井自动化难以实现，应用遥控技术的采矿机器人的出现可能改变这一现状。

3我国矿井自动化建设的现状

我国的煤矿自动化技术在20世纪末得到迅速发展，在煤矿开采的每一个环节中都有自动化技术的应用，但相比欧美一些发达国家，我国的煤矿自动化技术还是比较落后的。煤矿采煤机已经由先前一直采用液压、直流牵引发展到了采用电牵引采煤机，组合电机使用率较低的情况大有改观（徐宏亮，论煤矿自动化的现状与发展研究：科技探索，2013年21期）；我国的井工输送装备的主要技术指标已经与世界先进水平持平甚至略有超越（刘庆华，张林，煤矿井下工作面运输装备的现状及发展前景：中国煤炭，2013年10期），但行业整体跨度大，中小企业相比国外落后很多；美国是使用刨煤机最普遍的国家，由于受到开采条件和成本等条件的限制，刨煤机并没有在我们国家得到推广使用；掘锚机组代表了高效掘进设备的最高技术水平（栗鲁平，煤矿巷道高效掘进技术及设备的研究现状：科技资讯，2011年10期），国外采煤国家已广泛使用掘锚支一体化的综掘机，而国产掘锚机组仍为空白；综采放顶煤开采方法适用于地质结构复杂和煤层厚度较大的采煤工作面，我国的综采放顶煤开采技术处于国际领先水平。煤炭行业的特殊性导致他易发生瓦斯爆炸、火灾、突水等事故，国内很多厂商可以生产一些监控系统产品，比如AL、KJ系列，但相比国外的监控技术，这些产品传感器质量较差、软件跟不上节奏、可靠性低，没有专家诊断系统。总的来说，我国的自动化发展总结为以下几点：

1.发展不平衡且缺乏统一的标准（檀静，我国煤矿自动化建设的现状及发展趋势研究：企业家天地，2013年7期）。由于煤矿开采生产环境恶劣，因此煤矿自动化程度远远落后于其他行业，并且表现出了发展不平衡的特点，国有煤矿和重点煤矿建设程度远优于地方小煤矿。在已建成的系统中，由于缺乏统一的规划和标准，虽然有越来越多的自动化供应商进入行业，有生产和研究硬件设备的，有做系统集成管理的，也有做煤矿信息管理软件的，但大多数设备和系统都是在独立的情况下运行的，不能实现网络自由和信息共享，还有相对孤立的信息和自动化孤岛现象（王天福，贺胜宽，探究煤矿自动化发展方向：中国石油和化工标准与质量，2012年11期），这样就极大的限制了这些信息发挥的能力。

2.一些关键技术亟待解决。先进的传感器种类少、稳定性不佳、使用寿命相对较短、维护工作量较大造成的安全监测自动化系统可靠性不高；井下复杂的巷道工作环境，一些突发的情况造成的信号数据出现的偏差甚至丢失现象；工作面由于条件恶劣、光缆易断，所以难以大规模投入使用，造成工作面设备使用成本比较高，因此，矿用光缆在恶劣条件下的使用和修复问题要求我们要加快开发高强度的快速安装式矿用光缆；自动化程度低造成的工作面刮板运输能力小、过煤量低、计算机控制能力较弱等缺点。

3.重硬件投资，轻软件投资。近几年，煤矿企业在信息化的投入不断加大，但大多投入了硬件设备上，建立了局域网，采购了大型服务器架构网络，但却忽视了最重要的信息数据开发。由硬件采集到的数据不能为现行生产、研究提供有用的信息和实际的依据。目前，我国尚没有一个煤矿全面、完整的实现全矿井综合自动化，所有系统共用一个网络平台。近几年物联网技术和云技术的出现给煤矿自动化建设提供了一个良好的技术平台，一些自动化建设过程中遇到的技术难题有望得到彻底解决。

4未来煤矿自动化重点研究方向

4.1高度集成的现场信息

煤矿井下工作环境恶劣，地质条件复杂多样，不可预测的情况时有发生，简单的自动化控制已经无法满足煤矿作业的要求。高度集成的现场信息是在设备自动化的基础上，通过传感器对现场信息进行采集，实现无人工作面地面远程控制（朱涛，煤矿自动化发展中存在的问题及对策分析：电子世界，2013年10期）。要实现这一想法，不仅需要全面的接入井下监测控制子系统，同时更高精度的先进传感器、传感器的无盲区布置和本安无线通信及本安光纤通信这些关键技术也是关键技术。

4.2煤矿瓦斯、突水、火灾等重大灾害预警技术

现有的安全监控系统具有瓦斯等实时监控、超量报警等功能，部分系统具有瓦斯、火灾、突水等重大灾害的预警功能，但这些功能往往是根据监测值的历史数据走向预警的，预警准确率非常低。因此，迫切需要进一步研究重大灾害预警技术，提高预警准确率。

4.3应急救援和精确定位技术

煤矿井下事故具有突发性，当井下灾害发生后，及时采取处理措施可以有效的减少人员的伤亡情况。虽然目前人员定位技术已经相当成熟，但是更能满足灾后救援需求的井下人员精确定位技术还处于起步阶段；另外由于煤矿井下防爆，无线传输干扰大等条件限制，地面一些成熟的技术无法在井下应用，适用于井下的生命探测技术等亟待解决。

4.4煤矿数据的高效利用

煤矿控制中心建立起了企业级的数据仓库，高效利用这些数据，对设备进行监控分析，对各类生产过程中产生的数据进行综合分析，即使调整实时生产中的各环节，实现对各类设备和资源的合理配置和优化配置，利用最少的成本创造最大的效益。