矿井自动化

采矿生产过程实现自动的检测、控制、调节和保护的技术设施或方法

矿井自动化是指采矿生产过程实现自动的检测、控制、调节和保护的技术设施或方法。

概念简述

矿井自动化对提高劳动生产率、改善产品质量控制、有效利用资源和减少能耗、提高矿井生产安全、改善劳动条件有重要作用。采矿生产包括开采、掘进、运输、提升等基本过程，和通风、排水、人员与材料运输等辅助过程。生产过程复杂、场所分散、移动频繁，决定了矿井自动化的特点。

生产机械单机

20世纪40年代开始研究矿井固定设备如提升机、水泵、空气压缩机等的自动化。近年来电子学和计算技术的广泛应用加速了它的发展（见计算机在采矿工业中的应用，矿井集中监控，60年代国外矿井排水设备和空气压缩机站已广泛实现遥控或自动化，取得了节省人员、减少事故等效果）。中国于1952年实现第一台水泵自动化，1958年完成第一台主井提升机自动化。

矿井提升自动化

矿井提升分主井和副井提升，其自动化方式亦不同。主井提升任务单一，容易根据井上、井下煤仓煤位情况实现全自动化。包括提升机的自动控制、提升容器的自动装卸载、自动信号和保护系统等。

提升机自动控制的要求是：①严格按照规定的速度图控制提升容器的运行；②在规定的位置上实现准确停车。速度图根据提升机和容器的形式、任务、绳速和井口装备等因素确定。提升机自动控制的关键是控制减速阶段的速度,一般通过行程调节器实现。提升容器自动装卸载的关键是设备的可靠性。中国目前多采用定容斗的装载设备。自动信号和保护系统包括水平选择、方向选择、深度指示、速度指示和故障信号等，以及超速、限速、限位、闸瓦磨损、松绳、压力监视、深度校正等保护环节。

副井提升任务繁多，负载变化大，实现全自动化较难，一般多采用遥控方式，即司机在井口操作或上、下井人员在罐笼内通过按钮控制，实现半自动化。

生产过程综合

把多个生产环节和多台机械作为一个整体以实现自动化。属于这类的有：采煤工作自动化，掘进工作自动化，井下输送机线自动化，电机车自动信号及无人驾驶，井下环境监视和通风系统自动化，地面生产系统自动化等。其中，实现采煤工作自动化是实现矿井现代化的关键。

长壁采煤工作面综合机械化的实现，为工作面实现自动化创造了条件。采煤工作面自动化，包括采煤机械(滚筒采煤机或刨煤机)、可弯曲刮板输送机和液压支架的自动控制，目前要全部实现闭环控制，尚有困难。

采煤工作面

①采煤机的牵引控制和功率自动调节即采煤机沿工作面的牵引速度随煤层硬度、夹矸程度和截齿磨损情况而自动改变，使电动机输出功率基本恒定,可提高采煤机生产能力并延长其使用寿命(约25～30%)。有的调节系统还可增设电动机温升校正环节，使输出功率自动调整到最佳值。这种恒功率牵引速度自动调节系统比较简单，容易实现。采用牵引速度和切割速度（即滚筒转速）同时调整的控制方式，可使吨煤电耗和落煤块度维持在最佳状态。但系统复杂，目前很少采用。

②自移式液压支架的检测和控制以检测各组支架位置、支撑状态以及采煤机位置为基础，对液压支架实行远距离集中程序控制，按照规定的移架程序发送降柱、推移、支撑等指令。本系统的特点是控制对象多，每个对象的状态信息和控制指令多，技术关键是需要根据井下恶劣条件来传输大量信息。控制方式有:(a)邻架人工控制；(b)成组远距离人工控制；(c)单架沿工作面顺序自动控制。

③采煤机水平位置和工作面校直控制即根据煤层厚度变化和底板起伏，自动调整采煤机摇臂的高度，最大限度地采出全高（煤层全部厚度）并避免截齿切割顶板岩层，减少磨损，并降低含矸率。实现水平位置控制需有检测煤-岩界面的传感器。60年代利用岩石吸收γ射线能力比煤强的物理特性,研制出同位素煤-岩分界的传感器。1981年英国研制成功利用围岩中天然放射线来检测0.5m以下的护顶煤。目前控制采煤机水平位置的主要方式是以护顶煤表面为靠模的仿形控制系统。工作面校直是对采煤机的推进位移进行监视和控制，保证工作面平行推进。

全矿井自动化

对矿井进行总体综合控制，以实现整个矿井的最佳运行。不仅涉及各工艺过程，而且包括生产管理的信息处理。从各生产过程采集的有关地质参数（如煤层厚度、煤质、断层等），环境参数（如温度、风速、瓦斯浓度等），生产状况（如产量、进尺、煤仓、煤位、机械状态等）等方面的大量信息，通过计算机进行处理分析，及时作出决策，直接向有关生产系统发出控制指令，或向调度人员提供协调各生产环节的必要信息，以期达到最佳的经济效果。

矿井生产的复杂条件给自动化带来困难。为了协调各生产环节，手工劳动不可能全部取消。遥控机器人的出现为解决这个困难提供了新的途径，尤其适用于一些危险场所。采矿工业机器人化（robotization）有可能改变采矿工业的社会面貌。

煤矿综合系统

煤矿综合自动化系统是我国研制的矿井监测、报警、生产操作一体化的系统。系统由应用层、网络层、现场设备层三层结构构成。应用层采用统一的数据平台和登录界面，用户可以进行各子系统间互访。网络层主干网络采用千兆冗余工业以太环网保证网络通讯的高带宽和可靠性，能接入工业控制、视频、音频、通讯等各种系统，现场采用百兆工业以太环网和多种矿用本安型现场工业总线，确保用户可兼容接入各种监控系统和设备；现场设备层由各种总线通讯分站、无线通讯分站、监控装置、智能仪表和传感器组成。

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