煤矿自动化技术发展现状及发展趋势探讨

天地（常州）自动化股份有限公司 邓 荣

随着信息化的发展，人类已经进入信息时代，自动化技术呈现出智能化、多功能化等特点。在各个行业都得到了广泛的应用，我国煤矿行业在20世纪60年代起开始实行自动化，煤矿生产的各个环节都已经实现了机电一体化。应用自动化技术在煤矿企业建立大型、开放的分布式网络控制系统，可以实现全矿井的检测、管理、控制一体化，并对生产的各个环节进行自动化控制，利用网络进行生产的综合指挥调度及业务运转，能全面提高煤矿的生产水平。本文结合实际谈谈煤矿自动化技术发展现状及发展趋势。

1.煤矿自动化的发展现状

煤矿的生产环境恶劣，煤矿行业的自动化水平发展落后于其他行业。随着煤矿机械的发展，煤炭工业研究的重点之一即为机械自动化，机电一体化的自动化设备被广泛应用在煤矿生产的各个环节，提高了生产效率和产品质量。目前，自动化在煤矿企业的发展主要表现在以下几方面：

1.1 采掘机械自动化

随着计算机技术和传感器技术的不断发展进步，国外普遍采用计算机控制采掘机械，进行采煤机、工作面运输及支架的联合控制，实现了采煤作业的综合自动化。另外，计算机一般具有离机操作的功能，可以进行设备的故障诊断和工况检测。采煤机经历了从液压牵引到电牵引，从直流牵引到交流频电牵引的发展，逐渐向大容量过渡，采用多电机拖动的方式，能使总装机的功率达到1500kW；大运量、重型化、高强度、高寿命是工作面输送机的发展方向；液压支架实现了高压、大流量供液。掘进机发展到由大型PLC控制，能够自动化控制、进行故障诊治判断和工况检查。

上世纪70年代以来，我国综采机械发展迅速，所采用的设备近90%为国产，且大多采用液压牵引，最大装机功率为800kW。目前，上海煤科分院和太远矿山机械厂、西安煤机厂都研制了电牵引采煤机。我国的采掘机械自动化还处在工作面运输能力下、过煤量低的起步阶段。

1.2 运输提升的机械自动化

在井下进行主煤的运输时，国外先进的采煤国采用胶带运输的方式，并用高速车、齿轮车、单轧吊及胶轮蓄电池机车等辅助运输。采用交流变频调速、SCR-D直流调速进行胶带运输。利用计算机进行集中控制和保护、诊断故障，系统具有的保护主要有低俗速、烟雾、跑偏、断裂、急停、煤位、温度等。

我国仍以轨道运输为主进行主煤运输。20世纪80年代以来，胶带运输被逐渐应用到在一些大型矿井和新建矿井中，使用计算机或PLC进行控制，装备了综合保护装置，运用DCS结构与矿井的安全监控系统联网。采用全数字化控制和IGBT、FFR、GTO等新型电力器件的轨道运输电机，并研制成功了PLC或计算机控制的“信集团”系统。国外先进采煤国普遍采用全数字SCR—D系统进行矿井提升运输。随着变频交流系统的迅速发展，PLC控制的提升机被广泛应用，形成了标准产品，实现了提升工况流程控制、安全回路检测。

1.3 安全监控系统

由于作业条件艰苦，并受到水、火、冒顶、煤尘和瓦斯等自然灾害的威胁，煤炭行业发展煤矿自动化设置安全监控系统十分必要。我国自上世纪70年代起，从国外引进先进的安全监控系统和制造技术，经过多年的消化和吸收，已经出现了几十家生产煤矿安全监控系统的科研和生产单位，包括AL、TF200、KJ系列等监控系统。从系统的结构和计算机应用的角度来说，与国外90年代的水平相当，但传感器的种类较少、稳定性差、寿命较短，系统维护的工作量大；由于软件的档次不够，缺乏专家的诊断和决策，许多监控系统缺乏可靠性、利用率较低。

2.煤矿自动化的发展趋势

作为重要的产煤国，煤炭在一次能源中所占的比重较大。煤炭在能源中具有稳固的统治地位，要保持煤炭工业的持续发展，必须依靠科技的力量、不断进行科技进步。计算机技术的全面应用及其功能的有效全面发挥，将使煤矿系统发生根本性的变化，未来将形成煤矿的“整体监控系统”。

2.1 现场信息自动化控制

过程控制系统的远控集控要求现场信息的高度集成。仪表技术的智能化、现场总线及工业以太网技术的全面迅速发展，为过程控制系统的现场信息高度集成化提供了基础。其整体思路是在设备自动化的基础上，使矿井安全生产的机械化、信息化、网络化、数字化、自动化成为可能，并实现本地、远程、移动、固定的立体数字信息化网络管理系统。通过传感器对现场信息进行采集实现对现场设备的系统控制，按照主控器指令通过执行机构实现对现场设备的控制，再通过网络传输系统利用各种协议将各个现场控制系统连接，并将获得的系统信息传输到地面的集中监控中心。通过监控软件（HMI／SCA—DA）和监控中心服务器对矿井内的多有自动化子系统进行集中控制和管理。

2.2 集中控制的全矿井过程自动化

全矿井的过程自动化控制是将先进的采煤作业的过程控制技术引入矿井自动化集中控制中心，采用工业以太网技术和先进的自动化采掘设备，在矿井集中监控中心建设的基础上，实现企业集控中心对远程监视、监控和操作矿井关键设备的目的。采用统一标准化组态软件编程，实现各类系统或设备在地面的在线参数化，通过地面支援中心进行远程诊断，将故障指令下达并通知矿井人员做出及时处理，并对企业内个性资源进行统一的集中调度。煤矿自动化发展的方向是在矿井过程自动化集中控制的基础上建设企业级过程自动化集中控制中心。它将弱化并取代矿级集控中心，跨矿井实现对过程控制层、基础设备层、企业各级管理层、安全生产调度曾的集中统一控制，建立企业的数据仓库，改变原有的额煤矿安全生产模式，实现管控一体化的矿井生产模式。

2.3 煤矿远程集控中心

煤矿远程集控中心通过快速的通讯传输网和高效的自动控制网，实现对企业多有矿井全生产过程的在线监控和远程操作。借助中心集控软件监视矿井内各个设备的运行状态，进行设别的远程诊断并调整相关参数。根据设备或系统的故障类型将设备检修、维护等指令下达给矿井人员，令他们第一时间达到现场并进行故障处理。借助于生产制造的执行系统，调度生产计划、分析设备监控和各类生产数据。综合过程动态画面和实时数据，对作业继承、设备状态、现场环境等进行及时反馈，实现生产现场的监视与跟踪，为企业的安全生产和管理决策提供支撑，发挥自动效能，为企业创造效益。

3.小结

我国煤矿自动化的发展还远远落后与世界先进国家的水平，还存在许多有待于研究和解决的问题，需要在实践中不断地发展和提高。笔者认为，未来煤矿自动化将向着现场信息自动化控制、煤矿远程集控中心和集中控制的全矿井过程自动化方向发展。

[1]王宝琳.浅谈煤矿开采中自动化技术的应用[J].中国科技财富,2011(16):91.

[2]胡穗延.煤矿自动化和通信技术现状与发展趋势[J].煤炭科学技术,2007,35(8):1-4.

[3]刘竞雄.煤矿地面生产系统自动化技术现状及发展策略[J].煤炭科学技术,2007,35(10):19-23.

[4]赵建盛.论煤矿通风中自动化技术的应用[J].中小企业管理与科技,2011(30):167-168.

[5]曹继明.关于煤矿自动化的几点探讨[J].科技创业家,2011(1):153.

[6]王勇.我国煤矿综合自动化技术综述[J].电气技术,2006(9):22-26.