煤礦機械自動化應(yīng)用及發(fā)展趨勢淺析
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摘要：隨著科技水平的不斷提升，自動化技術(shù)的不斷成熟和普及應(yīng)用，機械自動化發(fā)展已經(jīng)成為工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，因此，以某煤礦企業(yè)為例，對機械自動化技術(shù)進行了概述，分析了煤礦機械自動化的應(yīng)用情況，探討了煤礦機械自動化的發(fā)展趨勢。分析認為，煤礦機械自動化的應(yīng)用對煤礦生產(chǎn)的效率和安全性都有積極作用，能夠為我國煤炭行業(yè)的發(fā)展提供助力。
關(guān)鍵詞：煤礦機械自動化應(yīng)用及發(fā)展
引言
機械自動化主要指的是相關(guān)機械能夠?qū)崿F(xiàn)自主作業(yè)，不需要人工的實時控制。計算機技術(shù)的深入應(yīng)用，使自動化技術(shù)應(yīng)運而生，將其應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，極大地緩解了人工操作帶來的壓力，降低了人工作業(yè)的失誤率。與此同時，機械自動化技術(shù)還在不斷深入研究，開始朝著多功能、智能化的方向發(fā)展。大多煤礦生產(chǎn)企業(yè)，已經(jīng)在20世紀60年代開始應(yīng)用自動化技術(shù)，到如今機械自動化已經(jīng)基本覆蓋了整個煤礦生產(chǎn)環(huán)節(jié)，極大地節(jié)省了人工成本，提高了生產(chǎn)效率，同時也降低了事故發(fā)生率。
1機械自動化技術(shù)在我國應(yīng)用概況
隨著工業(yè)生產(chǎn)的快步發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高，對于煤炭的需求量越來越大，加上我國現(xiàn)如今提倡綠色發(fā)展，對煤礦生產(chǎn)工作有了更高的要求。應(yīng)用機械自動化技術(shù)，能夠有效提升煤礦生產(chǎn)效率，降低煤礦開采、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)中可能會出現(xiàn)的安全風(fēng)險，保證了煤礦生產(chǎn)的正常運行?？梢哉f，機械自動化技術(shù)給煤礦企業(yè)發(fā)展乃至社會發(fā)展都起到了推動作用，對機械自動化技術(shù)進行深入研究，探討其發(fā)展趨勢是有必要的。如今是智能化時代，計算機技術(shù)以及信息技術(shù)得到了快速的發(fā)展并廣泛普及應(yīng)用，這給機械工程的自動化技術(shù)發(fā)展帶來了新的發(fā)展方向。此外，我國倡導(dǎo)綠色發(fā)展，為走可持續(xù)發(fā)展道路，需要讓自動化技術(shù)向節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展。
2煤礦機械自動化的應(yīng)用
2.1采掘自動化
現(xiàn)如今各個生產(chǎn)領(lǐng)域都對煤炭有極大需求，這就要求煤礦企業(yè)要不遺余力提高生產(chǎn)效率。將煤礦機械自動化應(yīng)用到煤礦生產(chǎn)中，能夠?qū)崿F(xiàn)煤炭采掘自動化，極大地提升煤炭的開采效率和產(chǎn)煤量。作為煤礦生產(chǎn)的關(guān)鍵組成部分，機械設(shè)備自動化對于煤礦生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本以及生產(chǎn)安全都有著極大的影響。近年來隨著自動化技術(shù)水平的不斷提高，采煤機、轉(zhuǎn)載機、液壓支架、刮板輸送機等先進的自動化設(shè)備在煤炭采掘工作中得到了廣泛應(yīng)用，我國已經(jīng)基本實現(xiàn)了設(shè)備國產(chǎn)化，幾乎90%以上的機械設(shè)備為國產(chǎn)[1]。但在實際的煤炭采掘工作中，發(fā)現(xiàn)機械自動化應(yīng)用效果不理想，依舊存在運輸能力低、過煤量低等情況，因此我國采掘設(shè)備的機械自動化水平還依然有提升空間，應(yīng)進一步提升設(shè)備的信息化、智能化水平，同時也要著重自動化設(shè)備的安全可靠性研究。與其他的行業(yè)生產(chǎn)不同，煤礦生產(chǎn)的環(huán)境惡劣，可以將煤炭采掘中應(yīng)用到的各種機械設(shè)備串聯(lián)成一個生產(chǎn)鏈，借助計算機技術(shù)和自動化技術(shù)，實現(xiàn)聯(lián)動操作，能夠讓采掘工作更加智能化。如下頁圖1所示，為某企業(yè)采掘自動化示意圖。
2.2運輸自動化
與傳統(tǒng)的井下厚煤膠帶運輸不同，煤炭運輸借助了PLC技術(shù)以及計算機技術(shù)，能夠在煤炭運輸中實時監(jiān)控運輸情況，目前已經(jīng)形成綜合化保護系統(tǒng)，對于煤炭運輸有積極作用?，F(xiàn)如今，我國對煤炭運輸工作現(xiàn)狀以及運行特點進行研究，將變頻、變速技術(shù)應(yīng)用其中，同時研究出膠帶機全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)以及膠帶集中監(jiān)控系統(tǒng)，兩個系統(tǒng)的應(yīng)用，使煤炭運輸自動化有了更好的保障，不僅節(jié)省了資源，還提升了運行穩(wěn)定性。某企業(yè)在膠帶運輸系統(tǒng)中，設(shè)計了PLC以及模糊控制算法的控制系統(tǒng)，原膠帶機主要依靠繼電器、接觸器實現(xiàn)參數(shù)控制，如下頁圖2所示，為膠帶機的運輸流程。其膠帶運輸機由5部分組成，其中1、2、4號為落地式鋼架膠帶機，3號是圓振動篩，5號是鋼絲繩芯強力膠帶機。開采后的原煤由5號膠帶機輸送到地面上，隨后由其他幾號膠帶機依次輸送至儲煤場[2]。在長期的應(yīng)用過程中，發(fā)現(xiàn)該膠帶機在運輸時經(jīng)常會出現(xiàn)響應(yīng)速度慢、保護動作延后等問題，且極易發(fā)生故障，影響原煤運輸效率。因此該企業(yè)設(shè)計了一款控制系統(tǒng)，由PLC和模糊控制算法相結(jié)合，實現(xiàn)膠帶機的有效控制，原理圖如圖3所示。在該控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)了自動控制和手動控制兩種模式的自由切換，同時還能夠?qū)Χ嗯_膠帶機實現(xiàn)聯(lián)動控制，提升了膠帶機的運行質(zhì)量和響應(yīng)速度。
2.3安全監(jiān)控自動化
受環(huán)境因素的影響，煤礦生產(chǎn)作業(yè)需要大量的機械設(shè)備，不論是設(shè)備操作還是人工作業(yè)，都有一定的安全風(fēng)險，必須要將安全生產(chǎn)工作放到首位，才能夠有效避免安全事故的發(fā)生。因此，我國的煤炭企業(yè)在應(yīng)用自動化機械的同時，也加強了安全監(jiān)控工作?，F(xiàn)下應(yīng)用最為普遍的便是紅外線/紫外線噴霧設(shè)備，通過檢測瓦斯?jié)舛?，實現(xiàn)安全監(jiān)控[3]。在實際的應(yīng)用過程中，如果設(shè)備中的瓦斯?jié)舛雀哂陬A(yù)設(shè)值，系統(tǒng)會發(fā)出報警信號，工作人員在接到報警信號后及時采取應(yīng)對措施，能夠有效避免人員傷亡，降低企業(yè)的經(jīng)濟損失。除此之外，還可以借助人工檢測的方式實現(xiàn)安全監(jiān)控，主要是借助監(jiān)控系統(tǒng)對工作人員所在區(qū)域進行實時監(jiān)測，并第一時間通知工作人員盡快遠離危險區(qū)。當(dāng)然，在實際的煤礦作業(yè)中，很多因素都可能引發(fā)安全事故，譬如瓦斯、氧氣、濕度、粉塵等。這種風(fēng)險因素不能完全消除，只能依靠安全監(jiān)控來避免安全事故的發(fā)生。在機械設(shè)備運行過程中，將監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用到設(shè)備中，能夠?qū)崟r監(jiān)測設(shè)備的運行情況，及時發(fā)現(xiàn)危險因素，一旦出現(xiàn)問題立即發(fā)出報警信號，便于工作人員采取相應(yīng)措施，可以更好地降低事故發(fā)生。譬如電牽引采煤機上安全監(jiān)測系統(tǒng)，可以通過計算機來接收信息，能夠有效監(jiān)測到機械的運行狀況，收集礦井作業(yè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)異常能夠及時處理。如圖4所示，為采煤機工況監(jiān)測和控制系統(tǒng)工作情況。
2.4綜采巡檢自動化
煤礦井下綜采工作難度大，涉及眾多的機械設(shè)備，環(huán)境空間小、溫度高，且視覺差，是煤礦安全事故多發(fā)地，也是煤礦企業(yè)重點關(guān)注的環(huán)節(jié)。在監(jiān)測工作中，通常采用人工巡檢和在線監(jiān)控兩種方式，兩種方式各有利弊，人工巡檢靈活度高，但勞動強度大，巡檢效率低；在線監(jiān)控效率高，但靈活性差，且成本高、覆蓋面積小。在這種背景下，一些企業(yè)開始著手研究巡檢機器人，實現(xiàn)了綜采巡檢自動化。如圖5所示，為綜采工作面巡檢機器人系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)中，主要通過無線通信來實現(xiàn)信號傳輸?；窘柚鶺i-Fi來為機器人巡檢提供實時信號，在手持遙控終端內(nèi)部，有專用APP，能夠通過基站信號了解機器人的巡檢信息，在巡檢機器人內(nèi)部設(shè)置通信模塊，實現(xiàn)整個井下到地面的信息互聯(lián)。如圖6所示，為機器人本體控制程序流程。在該程序中，巡檢機器人能夠?qū)崿F(xiàn)以下幾種功能：1）在巡檢過程中，能夠借助集控系統(tǒng)完成巡檢點的修改，實現(xiàn)巡檢路線規(guī)劃智能化。2）系統(tǒng)支持紅外視頻，同時與基站保持無線連接，支持視頻錄像、播放、暫停等功能，保證工作人員在地面能夠?qū)崟r了解井下巡檢情況。3）具備實時報警功能，在巡檢過程中遇到突發(fā)情況，可以借助畫面、聲音、郵件等方式，傳遞到地面，同時對報警信息的時間、地點進行自動儲存，方便隨時調(diào)閱查詢。
3煤礦機械自動化的發(fā)展
3.1發(fā)展現(xiàn)狀
2017年以后，我國的煤炭市場開始呈現(xiàn)回暖趨勢，帶動了機械制造業(yè)的發(fā)展，越來越多的采礦設(shè)備和先進技術(shù)應(yīng)用其中，在某種程度上，煤炭行業(yè)的發(fā)展要得益于科技的不斷進步。如今煤礦開采開始朝著智能化、成套化的方向發(fā)展，設(shè)備更迭速度更快，而我國目前的自動化技術(shù)還有需要完善和改進的地方。目前我國依據(jù)發(fā)展的實際情況，正在進一步優(yōu)化機械自動化配套系統(tǒng)，以柔性生產(chǎn)為前提，借助計算機建立完善的信息系統(tǒng)，優(yōu)化人機界面，通過在人機界面進行操作，讓自動化設(shè)備帶動普通設(shè)備運轉(zhuǎn)。當(dāng)然自動化技術(shù)并不是一蹴而就的，同發(fā)達國家相比較，我國的自動化技術(shù)仍然需要國家的大力扶持，企業(yè)也要秉承學(xué)習(xí)的態(tài)度，積極吸取先進理念和技術(shù)，再針對我國國情，制定科學(xué)的發(fā)展策略，相信在不久的未來，我國自動化技術(shù)會更上一層樓。
3.2發(fā)展方向
3.2.1自動化。目前煤礦機械自動化技術(shù)并沒有十分成熟，仍然需要不斷改進和完善，以此來更好地滿足社會發(fā)展需求。當(dāng)前我國社會發(fā)展迅猛，對于機械自動化技術(shù)的研究，應(yīng)進一步迎合市場發(fā)展，抓住時代機遇，完善現(xiàn)階段技術(shù)中的不足。譬如一些機械設(shè)備容易受到溫度、濕度等因素影響，干擾因素極易導(dǎo)致設(shè)備操控靈敏度下降，運行出現(xiàn)偏差，這對于煤礦生產(chǎn)工作極為不利，直接將影響到煤礦生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)安全。因此對自動化技術(shù)進行完善將會是未來發(fā)展的一個必經(jīng)之路。3.2.2智能化。智能技術(shù)的提出和應(yīng)用，在短短幾年的時間里，就讓人們了解到智能化技術(shù)的先進性和便捷性。煤礦采掘技術(shù)如果能夠借助智能化技術(shù)，實現(xiàn)運行程序、設(shè)備的智能化運行，將能夠更好地完成采掘工作。同時還能夠借助智能化技術(shù)實現(xiàn)智能監(jiān)控，實現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)全覆蓋，對煤礦生產(chǎn)中的每一個環(huán)節(jié)都能夠進行智能檢測，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，直接發(fā)出警告信息，同時給予解決方案建議，節(jié)省問題分析以及處理時間。再比如井下機器人的研發(fā)，也是借助自動化和智能化技術(shù)來實現(xiàn)的。將機器人應(yīng)用到井下作業(yè)中，可以取代人工完成相應(yīng)工作，保證了作業(yè)安全性。與此次同時，井下機器人還能夠通過影像，將井下的環(huán)境匯報給工作人員，工作人員只需要控制地面上的顯示屏，便能夠?qū)C器人進行下一步操作。實時同步的數(shù)據(jù)傳輸保證了開采效率和質(zhì)量的同時，還能夠在及時發(fā)現(xiàn)問題后，迅速做出合理調(diào)整，保證開采方案的安全可靠。
4結(jié)語
煤礦機械自動化技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中起著重要的作用，然而我國的自動化技術(shù)依然處于學(xué)習(xí)和研究的階段。因此，要重視自動化技術(shù)，并結(jié)合煤礦生產(chǎn)的實際情況，掌握煤礦自動化的需求，進一步完善煤礦機械自動化技術(shù)。這就需要我國重視自動化技術(shù)的研發(fā)工作，加大資金投入，積極引進國外先進技術(shù)，實現(xiàn)科學(xué)發(fā)展。
參考文獻
[1]柴冬冬，王凱.機械自動化在煤礦機械制造中的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（4）：14.
[2]田婷婷.機械自動化在煤礦機械制造中的應(yīng)用[J].機械管理開發(fā)，2016（5）：122-123；126.
作者:吳珺 單位:晉能控股煤業(yè)集團同忻煤礦
