煤炭开采全流程智能监测与协同控制装备体系关键技术研究

中图分类号：TD353

0 引言

煤炭作为国家主要能源，对于社会稳定与经济发展重要性重要，然而开采安全难题一直存有。挖矿劳工遭遇各种隐性安全风险，经常导致生命财产损失。传统的定时检查、安全知识教育等防护措施，已经很难达到现代化开采安全需求，提高煤炭开采安全性变为行业急需处理的重要任务。

1 煤炭采矿问题及需求分析

1.1 当前煤炭采矿的安全和效率问题

成为国家能源之重心的煤炭开采流程，其安全状况和效益效率得到了众多重视。现今煤炭开采领域应对的安全问题核心总结为屡发事故、常见灾难以及糟糕的工作环境三项。事故屡发起因于矿山深井作业本质的隐性危险，经常导致瓦斯爆炸、顶板坍塌等意外。例如矿井水患、火灾等，一直对采矿的顺畅进行形成隐性威胁。作业环境中的粉尘污染一样对矿工的健康带来重大影响。而传统矿用设备老化和技术落后，也直观造成了更甚的隐性安全隐患。

1.2 煤炭采矿对自动化监测与控制技术的需求

伴随煤炭在国家能源体系中地位的逐渐提高，对于煤炭开采的安全性和效率问题的关注度亦逐渐提高。旧有的采矿方式存有隐藏的风险和不能解决的效率难题，因而对自动化监测和控制技术的关注度格外增加。煤炭开采的环境非常繁杂，像矿井瓦斯、矿尘等危险因素频发，这些全对煤矿工人的生命安全形成威胁，也或许导致大型的安全事故。不管是对矿井工程设备的实时状态开展监测，抑或对煤矿环境的连续评估，自动化监测技术都能够执行实时数据的采集和分析，以利随时警觉和防范可能发生的风险。

自动化控制技术的引入可以显著提高煤炭生产的效率。借助自动化系统对设备运行的精确控制，可以降低对人工操作的依靠，增强作业的连续性和一致性。不但能使人们的工作强度减轻，也无须忧虑由于人为失误会引发生产的损失。

2 煤炭采矿过程中仪器自动化监测与控制技术原理与应用

2.1 仪器自动化监测和控制技术的工作原理

在煤矿采掘的全程中，仪器监控和控制技术发挥着至关重要的作用。这个系统的运作，主要依靠多种传感器、控制器所结合出来的结果，以及各种算法的运用。传感器是基于自动化系统所设计的，它们的主要职责是进行实时的收集采矿现场发生的各种物理现象，包括温度、压力、气体浓度、设备的震动以及位移等等。

若是可以把传感器安排得显得井井有条的话语，便能够针对施工现场的环境条件以及设备的运行状况开展合理的监控，因此确保数据的及时采集以及精确度。关于数据的加工，首要地借助多种多样的算法进行，重点是对传感器采集到的数据进行详尽的解析以及加工。于结束该步骤之后，重要的信息便可得到提取并显现。在这前提下，机器学习和人工智能技术被导入，用以提升系统的预判能力和自我调整能力。此则令系统能够辨别隐性的风险，并且在关键时刻发布警示，从而防止事故的出现。

2.2 具体应用在煤炭采矿过程的相关传感器与数据处理算法

矿井开采中，全取决于各种传感器以及数据处理技术的周详协作。传感器的逻辑应用，负责提供实时的矿井环境以及设备运转的数据，包括气体、压力、温度以及设备震动状况的直接反应。这些关键信息构成了监测系统力求精密的本质。处理这些被收集数据的算法则显得至关重要。通过这样的计算，能从传感器实时分析这些信息，判断潜在的危机与设备状况，使得整体运作更为安全可靠。在此过程中，机器学习算法和信号处理技术的应用提升了数据分析的精确度和及时性。

3 安全规范与应急措施

3.1 自动化监测系统的安全设计

自动化监测系统的安全设计中，设备安全防护被认为是核心的基础部分。每一台监测设备都必须完成严格的质量检查和安全认证流程，确保拥有足够的防护等级和防爆能力，可以很好地应对井下那种复杂多变的工作环境。监测系统需要搭建一套完整的故障预警机制，时刻关注设备的运行状态和参数变化，及时发现那些不容易察觉的故障，并迅速发布警告信息。这样就能有效避免因为设备故障导致的安全事故，同时大幅提高设备维护的效率，明显增加设备的使用寿命。操作人员的安全问题也需要高度重视，系统必须配置一套简单易用的人机交互界面，展示非常清楚的操作指导和安全提醒内容，确保操作人员能够严格遵守标准来操作设备，保证整个工作过程顺利开展。

建立访问控制机制，针对操作人员的职位级别高低来分派不同的访问权限，尽量避免因为误操作或者不法行为而引发的各种安全隐患暴露出来。煤炭开采自动化的水平正在逐步提升，监测系统存储以及传输的数据量明显增加，呈现快速增长的趋势。数据内容广泛覆盖生产效率以及设备的运行状态，里面还包括商业机密跟员工个人隐私这些重要信息。数据加密以及网络安全已经成为安全设计的关键环节之一。系统一定要应用尖端加密技术，保障机密数据的存储跟传输过程安全可靠，尽量避免数据传输时被人窃取或者擅自修改的情况出现。构建一套健全的网络安全防护机制，配置防火墙以及入侵检测系统等设备，定期进行安全审计相关工作，全面防范外界网络的攻击以及病毒程序的侵入行为，确保整个系统的安全稳定运行。按时进行安全漏洞检测与风险评估，迅速察觉并修补潜在安全漏洞，巩固系统网络安全防线。

3.2 应急响应机制的建立

煤炭开采工作中，如果碰到设备故障、火灾、瓦斯爆炸等突发状况，必须马上启动危急停机和人员疏散流程，因为情况非常紧急，不能有任何耽搁。自动化监测系统需要具备实时监测的功能，只要发现危急状况，就要自动启动危急停机指令，切断相关设备的电源供应，防止事态进一步恶化。通过声光报警、短信通知等多种方式，将危急信息准确无误地传达给现场工作人员，引导大家按照事先规划好的疏散路线有序撤离到安全的地方。为了保证危急停机和人员疏散流程能够顺利执行，企业应当组织应急演练活动，提升工作人员处理危急状况以及互相帮助自救的能力。演练需要模拟各种可能出现的突发场景，认真检查危急停机指令是否准确无误，以及人员疏散的实际效果，发现问题后及时进行改进，弥补存在的不足之处。

结束语

本文详尽解析了煤炭采矿过程中仪器自动化监测与控制技术的发展态势，并初次研究了其应用实践。该技术有力解决了煤炭采矿过程中的监测与控制难题，为煤炭开采带来了更加可靠、高能的解决方案。依靠独有优势，显著提升了煤炭开采效率，减少了安全事故风险，为我国煤炭采矿行业的现代化管理提供了坚实的技术支撑。

参考文献

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作者简介：刘小菊（1987—），女，汉族，山西吕梁人，硕士研究生，助理研究员研究方向：煤矿机电设备研发。