电气自动化技术在煤矿生产实践中的应用

1 引言

将电气化自动技术引入煤矿设备中，对煤矿企业的发展具有重要意义0。煤炭作为我国能源结构中的基础性支撑能源，在维系工业体系运行与保障社会民生需求方面扮演着不可替代的关键角色。然而，传统的煤矿开采模式普遍存在生产效率相对低下、安全生产风险系数较高、井下作业人员劳动强度过大等一系列显著弊端。这些固有的局限性对煤矿行业实现长期、健康、可持续的发展目标构成了严峻制约。电气自动化技术，凭借其突出的高精度控制能力、卓越的运行效率、高度的系统稳定性以及先进的智能化特性，正日益成为破解当前煤矿生产核心难题的关键性技术支撑。

2 煤矿生产中应用电气自动化技术的优点

2.1 电气自动化在煤炭生产中的有关技术介绍

2.1.1 控制技术

PLC（可编程逻辑控制器）：工业控制核心硬件，通过编程实现设备逻辑连锁控制（如皮带机启停故障保护）DCS（分散控制系统）与 SCADA（监控与数据采集系统）：DCS 侧重多设备协同控制（如煤化工流程），SCADA 侧重广域数据监测（如矿井通风管网）

2.1.2 驱动与执行技术

变频调速系统：通过变频器动态调节电机转速（如风机水泵功率匹配负载），节能率达 30% 伺服定位系统：高精度控制采煤机截割轨迹（定位误差±1cm）。

3 电气自动化技术在煤炭生产关键环节中的实践应用

3.1 煤炭综采中的实践应用

应用采煤机自适应截割控制系统依托高精度传感器（压力倾角）与PLC（可编程逻辑控制器），实现煤层硬度实时识别与截割速度自动调节。液压支架电液控制系统通过红外定位与压力传感，完成跟机自动移架，支撑合格率达 99.5% 。国家能源集团神东煤炭应用以上技术实现了，10 个智能综采工作面平均自动化率 86.66% 、减少岗位工 127 人。补连塔煤矿，应用惯性导航 + 三维地质建模技术，采煤机自主截割率超 90%0 。

3.2 运输环节的实践应用

在露天矿中应用无人驾驶卡车，采用多传感器融合（激光雷达毫米波雷达） +5G 远程操控，实现装-运-卸全流程无人化。采用井下辅助运输引入 AGV 与轨道式机器人，替代人工物料搬运。具体案例如下：准能集团黑岱沟露天矿 300 吨级无人驾驶矿卡编组运行，通过 700 公里外远程操控舱实现精准控制（转向误差 ±5cm) ），年节约成本 1.15 亿元，减碳 2 万吨标煤 0。

3.3 供电与能源管理应用

应用煤矿安全技术：实现，智能供电系统通过无功补偿 ⋅+ 负荷预测，动态优化电网功率因数（提升至 0.95 以上）；选煤厂应用煤质在线检测仪（γ射线测灰仪），分选精度达 93% 。具体案例如下：神东锦界煤矿选煤厂：全流程智能分选系统降低介质消耗 18% ，精煤产率提升 3.2 个百分点，年增效益 5000 万元。

4 电气自动化技术在煤应用中存在的若干问题

4.1 技术成本高

4.1.1 智能化改造投入巨大

单矿井自动化升级成本约 1.49 亿 ～2.63 亿元（含 PLC 控制系统传感器网络工业软件集成），其中综采工作面智能化设备占 60% （如液压支架电液控制系统单套超 2000 万元）。

4.1.2 进口依赖推高成本

核心部件如高精度传感器防爆PLC 模块进口率超 60% （德国西门子 PLC 价格为国产品牌的 3 倍）；国产煤岩识别系统单价800 万元，但识别精度仅 75% （工业应用需 ⩾90% ）

4.2 设备保养维护难度大

4.2.1 井下环境加剧设备损耗

高粉尘（浓度 >10mg/m³ ）潮湿（湿度 >90% ）环境使传感器平均寿命缩短至 6 个月（地面工业环境为 3～5 年），甲烷传感器标定周期从 7 天压缩至 3 天，维护频次提升 130‰ 。机械部件异常磨损：刮板输送机链条因煤矸石卡链故障率提升 35% ，单台年维护成本增加 120 万元（淮北矿业集团统计）

5 解决上述问题的具体措施

5.1 技术成本高的优化策略

5.1.1 进行模块化设计与分级投入分规模选型

中小型矿井采用模块化 PLC 系统（如西门子 S7-200/300），按需扩展；大型矿井部署 S7-400 或分布式控制系统（DCS），降低初期投资。

5.1.2 施行金融工具创新

推广设备融资租赁模式，政府提供贴息贷款，企业分阶段支付技术升级费用。

6 电气自动化技术在煤矿生产中的未来发展趋势

6.1 集成发展

煤矿生产过程具有复杂性强、风险高等特点，电气自动化控制技术的广泛应用为提升煤矿生产效率与安全水平提供了有力支撑。通过系统集成，可实现各环节数据资源的共享与业务协同，显著提升生产过程的协调性与连贯性。此举不仅能有效降低系统复杂性与运维成本，还可形成对煤矿生产全流程的实时监控体系。

7 结论

电气自动化技术已成为推动煤矿安全、高效、绿色发展的核心引擎。其在煤矿生产中的应用展现出显著价值：通过智能监测替代人工巡检，实时预警瓦斯超限等风险，大幅降低透水、瓦斯爆炸事故发生率；基于 PLC、变频调速等技术的智能综采设备实现了采煤机自适应截割、液压支架高精度自动移架，显著提升了生产效率，国家能源集团神东煤炭自动化率高达86.66% ，单机效率提升可达 30% 。

参考文献

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作者简介：郑乃兴（2002—），男，本科在读，专业：电气工程及其自动化