自动化技术在矿山机电控制中的应用研究

引言

在全球能源需求持续增长与矿山开采规模不断扩大的背景下，矿山行业面临着安全生产要求提升、生产效率亟需优化、资源综合利用难度加大等挑战。传统矿山机电控制多依赖人工操作与继电器 - 接触器控制，效率低、能耗高且安全风险大，已难以满足现代矿山发展需求。

一、矿山机电设备及控制现状分析

1.1 矿山机电设备的分类与功能

矿山机电设备种类繁多，在开采作业中各自承担关键任务。开采设备如采煤机，其工作原理是通过截割部的滚筒旋转破碎煤体，实现高效采煤，在煤炭开采中起着核心作用。掘进机则利用刀具的轴向压力和回转力破碎岩石，用于巷道掘进，为后续开采开拓通道。运输设备里，胶带输送机依靠输送带的连续运转运输物料，具有运输量大、效率高的特点，是矿山物料运输的重要工具。矿用电机车则凭借电力驱动，在轨道上运输人员、设备及矿石，灵活性较强。

1.2 传统矿山机电控制方式及其局限性

传统矿山机电控制多采用人工控制与继电器 - 接触器控制。人工控制完全依赖工人操作，在复杂且危险的矿山环境中，工人劳动强度极大，操作精准度易受疲劳、情绪等因素影响，导致安全风险高，例如在操作提升机时，人工控制可能因操作失误引发过卷、蹲罐等严重事故。继电器 - 接触器控制虽能实现一些简单逻辑控制，但灵活性极差，当生产工艺或设备需求变化时，改造难度大、成本高。

1.3 当前矿山机电控制面临的挑战与需求

随着矿山开采深度增加、规模扩大，安全生产要求达到前所未有的高度。复杂地质条件下，机电设备面临更多不确定因素，如高地压、强冲击地压等，对设备安全性能提出更高要求，需更可靠的控制技术预防事故。提升生产效率、降低成本也是当前矿山企业面临的紧迫任务，传统控制方式下设备协同性差、能耗高，急需通过先进控制技术实现设备高效协同、节能运行。智能化与远程监控需求日益凸显，矿山智能化转型趋势下，及时掌握设备状态、诊断故障，减少设备停机时间，提高生产效益。

二、自动化技术在矿山机电控制中的应用

2.1 在开采设备控制中的应用

自动化控制是现代采煤机和掘进机设备在煤炭井下作业时的重要工作内容，应用控制系统的控制性为现代化开采工作带来了便利。控制系统的控制性使采煤机的滚筒上下可自动控制，自动变换截割速度，经过控制，自动截煤，消除人工操作失误导致的无效煤炭的回收以及对采煤设备的损害等现象。实现远程监控的控制系统，地面的操控人员能够做到实时掌握采煤机的使用状态，控制事故问题的出现，减少事故情况的发生。掘进机的自动化控制，运用激光导向自动控制以及对掘进机进行纠偏控制，实现掘进机按照控制系统制定的路线进行掘进工作。

2.2 在运输设备控制中的应用

运输设备是矿山生产的“血道”，自动化技术使运输系统更加流畅、稳固。在满载状态下增加运输速度，加快运输流程。矿用电机车的自动化运行是通过无人驾驶技术完成，在轨道上设置定位基站及通信单元，电机车按照预先设计的路程及调度任务进行自动驾驶、自动定位，还能够和其它运输设备联动，优化运输流程，降低车辆等待的时间，提升运输的承载量。

2.3 在通风设备控制中的应用

通风装置是确保井下空气质量及安全作业水平的关键，自动化实现了通风装置智能化。利用通风机自动化调节装置，在井下各处布置瓦斯、氧气、粉尘浓度探测器，监测井下空气中瓦斯、氧气、粉尘等有害气体的浓度数据，同时在有害气体浓度或氧气浓度达到不安全范围时通风机能够实现对通风机的风速和风量实时进行调节，从而实现井下的空气达到安全的程度。利用通风装置的智能监控系统装置可以对各通风机进行整合集中控制，并可以根据井下各作业场所的需要进行风量调控，实现对井下通风设备的科学整合。

2.4 在排水设备控制中的应用

矿井防治水的最后一道防线就是排水设备，自动化控制排水设备可以大大提高排水系统运行的安全性以及快速性。自动化控制排水泵的开启与停止，设定合理的水位参数值，当井下水位到达设定位置后排水泵开始排水，当低于安全水位时停止排水泵的排水。远程监测与诊断排水系统可以使得井下工作人员实时了解井下排水泵的运行情况、排水流量、水泵的提升量等数据。

三、自动化技术应用对矿山机电控制的影响

3.1 提升生产效率

矿山自动化技术的引进促进了矿山机电设备生产效率的提高。传统的矿山生产均采用人工控制机械设备生产，工人凭借自身的经验与体力控制设备的生产，不能完全避免时间上的损耗，另外机器生产的效率直接受到工人体力的限制，易受到自身疲劳状态与操作熟练度等方面的影响。而自动化设备在很大程度上避免了这些问题，如高精度的传感器以及自动控制技术使得机械设备的运行不受时间限制，可以长时间的稳定生产，并且能够根据设备自身的运行状态以及生产需求自动改变相应的操作参数。

3.2 增强安全性

安全性是矿山生产的重中之重，自动化技术的引入有效降低了安全风险。人工操作时，工人需长期处于高温、高粉尘、高湿度等恶劣环境，且面临瓦斯爆炸、顶板坍塌、机械伤害等诸多危险。自动化技术实现了远程监控与无人化作业，减少了工人与危险环境的直接接触。提升机配备的自动化安全保护装置，能够在出现过速、过卷、断绳等异常情况时，瞬间触发保护机制，避免重大伤亡事故的发生。

3.3 降低生产成本

自动化技术从节能降耗与减少设备维护成本两方面降低了矿山生产成本。在节能方面，自动化设备可根据实际工况精准调节功率，避免能源浪费。通风机根据井下环境自动调整转速，节能效果同样显著。在设备维护方面，自动化系统能够实时采集设备运行数据，通过数据分析提前预测故障，变被动维修为主动维护，减少了设备突发故障导致的停机时间与维修成本。

3.4 提升设备管理水平

自动化技术推动矿山机电设备管理向智能化、精细化方向发展。通过远程监控与集中管理系统，管理人员可实时掌握设备运行状态、参数变化及故障信息，实现对设备的全方位管控。基于大数据分析的设备管理模式，可深入挖掘设备运行数据价值，为设备选型、工艺改进、生产计划制定等提供科学依据，全面提升矿山机电设备管理水平与决策的科学性。

结语

自动化技术在矿山机电控制中的应用，显著提升了生产效率、安全性，降低了成本，推动设备管理智能化。但仍面临技术集成难、人才短缺等挑战。随着人工智能、物联网等技术的融合创新，矿山机电控制将朝着智能化、无人化、绿色化方向加速发展，有望构建更高效、安全、可持续的现代矿山生产体系。

参考文献

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