陈功胜 刘建营 淮河能源煤业分公司谢桥煤矿

我国虽然是一个能源消耗大国，但是可供开发的矿石资源却十分有限。尤其是我国的采矿技术和设备与发达国家相比还有比较大的差距，采矿设备陈旧、自动化程度比较低，致使国内的自产矿石无法满足国民经济发展的需求。煤矿生产在国民经济的发展中处于举足轻重的地位[1]，而煤矿设备的自动化，将会大幅度提高煤炭企业的生产和管理水平，做到各种资源合理有效的配置[2]。近些年来，由于全球经济一体化趋势的不断增强，随着一些先进矿山设备的引进及国内针对采矿设备的不断研究与创新，一大批新型的自动化采矿设备得到了推广和应用，不仅在很大程度上提高了煤矿的生产效率和煤炭质量，而且节约了大量的能源和人力资源[3]。因此，提高采矿设备的自动化程度对于提高我国煤炭产量、促进我国经济发展方面有着重要的意义。

一、采矿设备的发展方向

现阶段制约我国煤炭企业的其中一个主要因素就是采矿设备，由于其生产效率低，自动化程度差，造成了煤炭采出率底，事故发生率较其他发达国家高，以及大量的人员及能源的浪费。近些年随着计算机技术的发展，自动化技术逐渐普及到各个领域，采矿设备的自动化作业技术得到了重视。各采矿发达国家、世界知名的采矿设备制造公司、矿山软件开发公司都进行了这方面的研究和实践，将电力电子技术逐步应用到煤矿设备的设计研究当中，比如，将信息采集与检测、信息传输及信息处理技术应用到煤矿自动化和监控系统中。

另外，随着我国高产高效工作面的逐渐增多，煤矿各个工序对设备的要求不断提高，以往以人工为主的简单控制难以满足日益复杂的控制要求。控制技术经历了开关量控制、模拟控制、和数字化控制三个阶段，而数字化控制在提升机、胶带输送机、电控系统中获得了成功的应用，而且具有精确的信息监测、数据采集及处理，是当前控制技术的主要方向。因此，可以看出自动化是采矿设备一个很重要的发展方向，对于煤炭企业的生产及管理也有着至关重要的意义。

二、采矿设备自动化的应用

机电一体化技术的兴起使得采矿设备不断与计算机和微电子技术进行结合，实现了智能化的发展趋势。可以说，目前采矿设备的自动化、智能化已经取得了实质性的进步。

（一）提升机电控系统

提升机在煤炭矿井的生产中是一项十分重要的设备，煤矿的安全生产和提升机的可靠性、安全性和自动化程度密切相关。提升机的监控系统与自动化通过两种方式连接：（1）该提升系统利用OPC 方式连接调度管理中心的网络交换机，从而连接到煤矿生产自动化网络上实现调度的目的；（2）提升机监控系统利用Modbus 协议来实现与煤矿井自动化系统的连接，从而操作人员可以在调度中心观测提升机的工作情况，以便更好地了解提升机的工作状态，及时维修，保证矿井的正常运行工作。

（二）瓦斯监测系统

瓦斯是煤矿灾害发生的主要因素之一。为了降低事故发生率，有必要对井下瓦斯浓度进行实时的测量。而瓦斯监测监控系统的存在可以较精确地测量出井下瓦斯的浓度，瓦斯监测系统具有以下两项功能：

（1）该监测系统除了能对瓦斯浓度进行监测外，还具备监测位于采煤掘进面处机械设备、水泵等的生产工况参数以及这些设备的电压、电流等电力参数的功能。

（2）瓦斯监测系统可以将监测到的数据以列表的形式显示在大屏幕上，同时为了使工作人员能很直观地观测数据及数据的变化趋势，该系统也可以模拟实时曲线和历史曲线。

（三）智能化露天设备

随着微电子技术和卫星无线通信技术的飞速发展，露天矿设备逐步开始向着自动化的方向发展。首先是车载监控，为使用者提供相关的运行和维护的信息，通过无限通信对设备进行实时的监控。早期的电铲仪表及监控系统是这方面的工作先驱。目前，国外生产的露天矿大型穿孔、装载和运输设备一般都配有车载监控分析系统。第二，GPS 定位系统，通过GPS 全球卫星定位系统的运用，能够实现科学的微型定位。现阶段，定位精度有了大的提升，可达l m 以内，还有精度达到厘米级的高精度系统。第三，矿山调度系统，全面提供实时数据和前期生产数据。另外，如果将矿山调度系统与卫星定位主系统连接，进行实时的设备监控。

（四）铲运机技术

自动化技术在铲运机的设计中也得到了广泛的应用。比如遥控铲运机技术及借助控制导线实现铲运机的运行控制技术。此种控制技术的原理是利用埋设在运输道路上的控制导线测定铲运机的行驶位置和速度，通过将取得的数据与计算机里面的设定数据进行比较，然后将相应指令通过无线电发送给铲运机，操作人员通过视频监控器监控铲运机作业状态。还可以在铲运机上装有摄像机和接收装置，铲运机在摄像机的引导下沿着巷道顶板和边帮上的白色条带运行，自动完成行使工作。装载和卸载则由操作人员在控制室内进行遥控作业。

（五）深海采矿机器人

深海采矿与陆地采矿相比，其作业环境比较复杂。同时，由于人很难到达洋底，因此十分需要可自主移动的深海采矿机器人。到现在为止，世界各国进行的深海采矿试验还只有很少的几次。世界各国都十分重视利用虚拟现实手段与仿真技术来进行深海采矿系统的研究。20 世纪60 年代末期，科学家们开始了自主式可移动机器人的研究。斯坦福研究院设计开发了可自主移动的作业机器人。我国学者得到深海采矿机器人在大洋底作直线运动时的拉格朗日运动方程，创建了三维深海履带作业机器人虚拟样机，使用多刚体动力学仿真MADYMO，建立了采矿机器人的动力学模型。整个深海采矿系统由海上监控系统和海底采矿系统构成。水上监控子系统主要负责采矿机器人的操纵控制、采矿机器人的位置和轨迹监控、数据及报警信息的存储、处理；水下测控子系统主要负责采矿机器人多任务调度、行走控制算法的实现及执行机构的控制。

三、煤矿设备自动化的主要意义

（一）提高煤炭生产率和煤炭质量

煤矿设备的自动化能使信息的检测、数据采集及处理更为精确，所采取的控制策略更为优化，这使得工作人员可以让设备在较好的状态下运行，从而提高设备的运行效率，达到提高煤炭生产率和煤炭质量的目的。

（二）提高生产设备的可靠性和生产过程的安全性

由于煤炭产业自身的特点，作业环境复杂，生产连续性，高危险性等，煤矿生产设备的安全性和可靠性具有非常重要的意义。现代自动化装备的硬件系统采用高度集成化的电子器件、专用集成芯片及计算机，大大提高了硬件的可靠性。而且软件的灵活性允许在系统中设置各种控制、故障监测和诊断程序，形成一个完善的自动化系统，其控制功能与状态监测、故障保护功能紧密结合，从而保证了自动化系统的高度可靠性，实行离机操作，对煤矿的安全生产具有特殊的意义。

（三）在保证生产的前提下节约能源、节省劳动力资源

合理的自动化系统可以实现设备的软启动、平滑调速、恒减速制动等，从而可以达到降低设备的机、电应力，优化运行状态和周期及减少运行损耗的目的。同时，采用大量的节能型机电装置，如高效电动机、高效风机等设备，可以达到节能的目的，取得较好的经济效益。

四、结语

自动化是采矿设备的一个发展趋势，文章通过论述分析主要采矿设备的自动化应用现状及发展方向、主要意义，说明采矿设备的自动化技术在提高煤炭生产率、增加安全性、降低成本等方面有着重要作用，特别是对于高危作业具有更大的优越性。因此，对于采矿技术的深入研究，提高采矿设备的自动化程度在提高我国能源产量、促进我国经济发展方面有着重要的意义。