智能工作面对煤矿机电运输的影响

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摘要：在中国煤矿机电运输发展现状的基础上，总结了已有机电运输的装备技术、运行机制及其缺陷，介绍了具有代表性的机电一体化技术在运输系统上的发展。结合“中国制造2025”的引导，煤矿引入了无人化、少人化的智能工作面，提出了机电运输方面的发展，阐述了千米深矿井高效提升系统、智能化带式输送机系统、井下无人化轨道（胶轮）运输、运输系统数据融合分析系统的相关内容，为煤矿机电运输提供了新的发展方向。

关键词：机电运输；机电一体化；无人化；智能化

煤矿机电运输设备包括皮带输送机、转载机、井筒提升人员（物料）设备及其他辅助提升设备。在注重经济效益的背景下，机电运输的发展不仅要提升煤炭的生产质量，还要保障煤矿运行安全。目前，煤矿机电运输已经实现了机械化、一体化技术，其中，机电一体化日臻完善，正在向微型化、系统化方向发展，但其中也存在一些问题，比如集成化程度较低，注重硬件忽视软件的地面控制系统，带式输送机面对落煤量随机性、非线性的特点时不具备良好的自适应能力等。因此，无人化的智能工作面建设对机电运输提质增效有很长远的影响。利用“煤矿大脑”平台，发展煤矿机电运输，为煤炭行业安全生产的标准化、体系化、技管结合、预警与应急响应提供了支持。

1机电运输系统介绍及发展现状

1.1机电运输系统介绍。煤矿机电设备主要有开采设备、掘进设备、供电设备、运输设备、通风设备等，机电运输设备作为贯穿生产环节的重要组成部分，其运输问题占事故总数的20%耀30%，比如：2019年2月，内蒙古银漫矿业运输车造成的重大运输安全事故。矿井的采区运输、地面运输、提升运输、主巷运输都涉及到了机电运输系统的运行。煤矿轨道运输主要包括大巷运输的电机车、斜巷运输的运煤皮带、运送物料的调度绞车、立井的提升绞车等。矿井机电运输格局中，主井提升系统、供电排水系统、通风机、压风机、主运皮带、架空乘人装置和辅助运输已经全部形成自动化，大大提高了生产效率，减少了岗位数量，部分岗点甚至实现了无人值守，改变了职工“枯燥无味”的工作环境，保证了矿井生产的安全、高效[1]。1.2机电运输系统存在的问题及解决对策。由于工作人员安全意识不足，专业素养不够，而相关部门对机电运输特种人员的培训工作不到位，导致作业人员的技术水平低，岗位操作不熟练，即使特种作业人员持有上岗证，但也经常出现一些违规操作的问题。企业没有定期更新机电运输设备，没有定期检测、检验、维护机电设备，导致机电运输装备无法满足安全生产的要求。制度不规范，执行不到位，设备质量不达标，缺乏保护设施等一系列问题，是导致煤矿运输事故频发的主要原因。由于煤矿机电运输设备是在井下使用的，运行环境比较复杂，时刻面临地下水涌出、瓦斯爆炸的威胁，在保证运输能力的基础上还要满足防爆要求，所以，系统结构比较复杂。因此，需要作业人员规范作业流程，落实机电运输的工作指标，检查设备的运行情况，制订更高标准的操作要求，将煤矿机电运输管理安全责任制落实到位，立足于查大隐患、防大事故，加大对重点区域、环节、人员和时段的安全监督检查力度，实行矿井分级管理，保证安全责任制的有效落实。1.3机电一体化技术。井下运输系统的机电一体化技术已经成为有效的发展方向，其融合了自动控制技术、计算机技术、机械技术、电子技术等多种技术，可以实现机械设备与电子设备的紧密结合与相互支撑，形成了自动化控制技术，提高了机电设备的安全性，确保了机电设备的稳定运行，实现了对机械设备的监控、自动报警与故障诊断，节约了人力成本，有效执行了“一体化减人，自动化换人”的发展思路。机电一体化技术体现在带式输送机上的电液软启动方面。中国已经成功研制出了双电动及差动软启动传动系统，它可以实现软启停、无极调速等智能化控制功能，大大提高了启动的高效性和安全性。机电一体化技术还体现在运输提升机的数字化技术方面，比如：内装式变频技术被应用到全数字交流式提升机上，其监测系统、安全系统和电气控制模块采用数字化方式进行控制，设备结构紧凑，外形尺寸大幅度减小，产生了很明显的经济效益。在主井应用箕斗载荷在线监测及超载预警系统，实现了对载荷动态的在线监测，有效预防了二次装载、滞煤超限等运行现象的发生，从装备方面保障了主井提升系统的安全。另外，机电一体化还体现在辅助运输的无极绳绞车的可视化运输监控，皮带运输的光纤监测监控，架空乘人装置的矿井全自动集中控制等方面。为了提高运输系统的安全性和可靠性，增强救灾搜救效果，煤矿企业已经引进了物联网、通信、信号传输等技术对运输机械进行安全闭锁控制，并利用远程监控记录安全生产情况，大大提高了运输系统的安全性。通过在减速器、电动机、驱动链轮等关键部位布置传感器，实现了对刮板输送机的远程控制及故障诊断与预警，初步实现了智能化。

2机电运输系统的前景展望

2.1千米深矿井高效提升系统。随着矿山开采深度的逐年增加，一些中老矿井及开采深度超过800m的矿井已经进入了深部开采阶段，而中国东北及中东部地区开采时间较久，开采深度已达到千米以上。未达到千米深的矿井正以每年10耀25m的开采深度延伸。随着开采深度的不断增加，深部矿井开采需要更精准、更高效、更节能、更安全的提升系统，才能满足物料和人员的运输要求，这就倒逼井筒的主要提升系统面临设备的更新、运行机制的配套、管理制度的优化健全。其中就包括利用物联网技术的提升机监测系统，具有高检测效率和高正确率的矿井提升机钢丝绳损伤检测等辅助提升设备，以及高效的提升设备，以保证运输的高效性和安全性[2]。2.2智能化带式输送机系统。为了更好地配套深部矿井的三机设备，运输机也需要优化全数字调速电控系统，有效实现对全数字调控、可控硅整流、直流电机、网络控制、局域网信息的互相融合以及诊断监控等，完成对煤矿大功率电力拖动系统的调速控制。例如：平煤十一矿在千米深井、运输战线长、环节多的复杂条件下，利用人员定位系统、监测监控系统和信息通讯系统全程在线追踪物料运输，建立起了“井下3000m超远距离物料速递系统”[3]。以此为例，为了实现千万吨示范矿井综采智能化技术的配套，矿井应建立超长输送带驱动系统，以满足连续运距达数千米、年运输量千万吨的高要求。在斜井皮带输送方面，建立具有自适应能力的随机性载荷的输送带，只有适应大倾角、不打滑的驱动系统，才能够满足智慧矿井的运输安全。2.3井下无人化轨道（胶轮）运输。在现有技术的基础上，为了避免机车运输受到人为因素、设备本身缺陷、缺乏安全设施的影响，引发事故，可以从运输机车本身和调度控制两方面入手研发辅助运输设备。井下无人驾驶轨道车、无人驾驶轨道电机车的出现，很好地避免了上述问题，这也是运输设备的更新换代，淘汰老旧机车设备，新设备可以记录运行速度、轨迹等重要信息，大大提高了运输系统的安全性。在调度控制方面，煤矿井下机车运输要求设置安全、可靠的运输监控系统，以提高运输的安全性和可靠性。在现有监控系统的基础上，引进先进的数据传输技术和智能控制的概念，建立智能调度系统，可以更快、更好地分析、处理危险事件，避免人和物的损失。2.4运输系统数据融合分析系统。数据传输技术是将煤矿机电设备操作运行过程中的信息数据及时传递给相关管理部门或控制总平台。融合多网传输技术是机电设备运输过程中信息数据对外交换的重要通道，是控制人员及时掌握机电运输稳定性及信息安全主要依赖的运输载体。利用此技术收集、量化、转换、处理数据，可以提升数据处理的精确度[4]，比如可以通过它对井下无轨胶轮车定位、人员定位、瓦斯抽采监测、打钻视频监控等海量数据进行汇总。另外，建立基于大数据信息分析的灾害区域监控预警系统平台，并创建灾害预警指标体系，建立以灾害风险判识方法及预警模型为基础的智能预警系统，可以为机电设备的良好运行提供有利支撑。

3结语

总结了煤矿机电运输发展现状及遇到的问题及对策，介绍了机电一体化技术在煤矿生产中的应用以及煤矿初步实现的智能化，提出了在智能化、无人化采矿新技术的影响下，机电运输需建立千米深矿井高效提升系统、智能化带式输送机系统、井下无人化轨道（胶轮）运输、运输系统数据融合分析系统，统筹建立无人化的智能工作面，以提高机电设备的协同效率，有效保证运输设备的良好运行，降低运行故障的发生率，提升运输设备的精准管理水平，最终促进井工矿井的顺利高效安全生产。

参考文献：

［1］庞静.浅析煤矿机电运输系统自动化技术及其发展［J］.内蒙古煤炭经济，2018(14)：41-42.

［2］葛世荣.智能化采煤装备的关键技术［J］.煤炭科学技术，2014，42(9)：7-11.

［3］赵峰.浅析煤矿机电运输系统自动化技术及其发展［J］.中外企业家，2018(36)：138.

［4］龚立志.浅谈提升煤矿机电运输技术水平的措施［J］.中国新技术新产品，2019(4)：67-68.

作者:苗江云 单位:山西泽州天泰能源有限公司