浅析传感器在煤矿机电一体化中的运用

楚晓光

[摘 要]在我国社会经济持续发展的过程中，煤炭资源的开采量及需求量一直持稳步上升的态势，但在开发采集煤炭资源时如因操作不当则会引发一系列严重事故，造成重大人员伤亡及资金财产损失等问题。而运用机电一体化技术，不仅可以有效规避事故发生，保障开采过程中井下矿工的人身安全，还可以提高煤炭开采量。传感器则作为机电一体化技术中最重要的“眼睛”，本文就现阶段我国国内煤矿施工状况，对于传感器在煤矿机电一体化中如何运用进行了简要分析。

[关键词]传感器 机电一体化 运用 煤矿开采

中图分类号：TD67 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）13-0018-01

假如把完整系统的煤矿机电一体化开采技术拟人化，那传感器在机电一体化中担任的角色相当于我们人类的眼睛，是煤矿机电一体化的感官系统。因为它不仅能像眼睛一样快速获取信息，而且它比人类眼睛更为优秀的是能在高温高强度的环境下进行作业，并能将其探测到的外界信息传递给系统或其他装置[1]。对此，如何在煤矿机电一体化开采中运用好传感器，对于所有煤矿开采企业，都是重中之重。

1.传感器的概述

1.1 传感器的概念

传感器是一种在使用煤矿开采机电一体化过程中能够有效检测出一切外界干扰信号并自动传输回系统或其他装置的特殊物理装置设备。外界干扰信号一般包括：开采时物理准备条件、开采时采集到的化学组成成分及同时接受到的外界信息等等。

随着煤炭资源的需求量的加大，传感器因在煤矿机电一体化开采中占有着的重要作用，人们对它的信赖程度也在逐年上升。如何运用好传感器技术，如何在一切外界干扰信号中准确迅速的分辨出各类信息信号，从而确保在煤炭开采、井下施工及生产的顺利开展。

1.2 传感器在我国煤矿机电一体化开采中的现状及发展

放眼世界，传感器在煤矿机电一体化开采系统中的技术已经取得了一定的成绩。而对于我国来说，在进入21世纪以后，我国不止在煤炭工业发展迅猛，根据相关统计数据表明，我国的煤炭产量已居于世纪第一位，是当之无愧的煤炭生产大国。

虽然我国现今的煤炭工业已经具备了成熟的设计、施工、装备及管理能力，但是我国煤炭开采技术装备的总体水平并不高，全国煤矿非机械化采煤率高达40%，煤炭开采生产加工技术装备由机械化、部分机械化和手工作业并存的多层次结构。大中型国有重点煤矿装备水平比较先进，但设备总体老化程度较大，小型矿井开采生产技术装备水平低，煤矿开采生产工艺落后，作业人员过多、效率低下。

如何普及高效率机械化科学化采煤，如何引导传感器在机电一体化技术中发展，这都需要广大的煤炭企业、相关技术人员以及相关政府部门的群策群力。

首先企业可不断完善传感器的前期设计及后期材料研究。企业技术人员不仅可以从根源上完善传感器的设计方案，提高传感器的精确程度及敏感程度，还可以不断突破化研究适合传感器的新型材料，例如：敏感度更强、适应力更广；其次可将当前传感器得出的数据进行合理的整合分析，例如：当前传感器所能感受的信号波长按照其感受的对象，进行分离分类；最后，则需要相关政府部门及企业技术部门通力合作，让传统单一的煤矿机电一体化开采技术走向数字智能化，让煤矿机电一体化开采技术普及下去，以满足我国对于机械化采煤的需求。

2.传感器在煤矿机电一体化开采中的运用

2.1 传感器在煤矿开采机器人中的运用

因煤矿开采工种的特殊性，煤矿井下作业具有较高的危险性，为了保障井下工作人员的人身安全及施工安全，为了避免人员伤亡及财产损失，为此通过机器人代替人工作业，不仅是因工种发展的需求，也使企业更准确的规避了风险及隐患。

例如：在机器人上安装传感器系统设备，机器人不仅不怕“疼”，更放佛多了“眼睛”和“耳朵”[2]。并且在恶劣的井下环境内，机器人无论是从适应能力，还是从信息采集汇总能力，或者是信息传输的速度上，都相较于普通人类更为优秀。因为机器人性能上的稳定性，决定了他无论身处多么恶劣的环境，都能及时将信息进行检测采集汇总分类之后，再通过传感器发送至系统或其他设备，从而使技术人员在第一时间内获取井下煤炭资源的相关信息。所以，在煤矿开采中如何将机器人与使用传感器设备相结合，关于此类问题的研究与实施，是煤矿开采一体化技术的一个重大突破。

2.2 传感器在电液控制中的运用

液压支架在开采煤矿过程中具有承启的重要作用。模拟人工操作，液压支架更是不可缺少的设备之一。那何为电液控制系统？电液控制系统是具有传感器等多种支架单一组成的煤矿采集控制系统，与传统手工操作相比，其优势更加明显，具有人为操作性更加便捷、安全性高和作业效率高等特点。因比较与传统手工操作，液压支架代替了人工操作，实现了井下无人作业，工作效率却大大提高的目标，从而有力的保证了工人们的人身安全。

2.3 传感器在安全监管中的运用

首先是井下空气中煤尘含量的测量。因在施工及开采煤矿过程中，由于机械作用，大量的煤尘将漂浮于空气中，稍有不慎便会引发爆炸等事故。因此，在施工及开采过程中，灵活运用传感器提高检测煤尘含量的准确率，用以确保煤尘低于井下正常作业的百分值。

例如：利用光纤传感器，主要采用光向后散射法，传感器在获取井下煤尘信息后，进行信息整合，再传送给计算机或其他设备，最后由电脑前的相关技术人员获取信息及时通过清尘设备控制井下煤尘含量；

最后是瓦斯爆炸问题。在开采煤矿过程中，造成危害最大且最为常见的安全事故便是瓦斯爆炸。瓦斯存在于煤体或围岩中，以游离状态或吸着状态为主，而矿井瓦斯爆炸则是一种热一链式反应，就其本质来说，是一定浓度的甲烷和空气中的氧气在一定温度作用下产生的激烈的氧化反应。我们大致把瓦斯爆炸界限定为5%-16%，还有当氧气浓度达到12%以上时，也容易造成爆炸事故。

为了保障井下工作人员的人身安全及施工安全，为了避免人员伤亡及重大财产损失，如何利用好传感器对甲烷气体进行有效监控，保证井下甲烷处于正常作业百分值，显得尤为重要。

例如：利用光纤传感器对井下甲烷气体进行监控，因不同气体结构对应的吸收光谱不同，假如同一种气体也不用担心是否吸收峰会相同，因为气体浓度不同，最后得出的吸收峰也不会相同，由此可见，通过对气体信息检测来确定矿井内甲烷含量及浓度，用以保障了施工开采的安全性。

3.结语

随着社会发展与需求变化，我国在煤矿机电一体化开采中使用传感器愈发普遍，使用率越来越高，但探索与创新不能止步于前。不积跬步，无以至千里，我们应该在平时的工作与学习过程中注意对于此类问题的积累，不断进行研究与探索，例如：煤炭开采企业可投入一定资金，定期组织技术人员进行相关知识培训及交流研讨，研发新型传感器材料等等，进而提高煤矿机电一体化的核心技术，提升企业产业水平，最终达到促进企业经济效益，发展我国煤矿开采产业的目的。

参考文献

[1] 韦雨.传感器在煤矿机电一体化中的运用与发展[J].科技资讯，2012，23：107.

[2] 马少俊.传感器在煤矿机电一体化中的应用[J].科技风，2014，18：68.