礦井自動化

礦井自動化系統使採礦生產過程實現自動的檢測、控制、調節和保護的技術設施或方法。對提高勞動生產率、改善產品質量控制、有效利用資源和減少能耗、提高礦井生產安全、改善勞動條件有重要作用。採礦生產包括開採、掘進、運輸、提升等基本過程，和通風、排水、人員與材料運輸等輔助過程。生產過程複雜、場所分散、移動頻繁，決定了礦井自動化的特點。

概念簡述

使採礦生產過程實現自動的檢測、控制、調節和保護的技術設施或方法。對提高勞動生產率、改善產品質量控制、有效利用資源和減少能耗、提高礦井生產安全、改善勞動條件有重要作用。採礦生產包括開採、掘進、運輸、提升等基本過程，和通風、排水、人員與材料運輸等輔助過程。生產過程複雜、場所分散、移動頻繁，決定了礦井自動化的特點。

生產機械的單機自動化

20世紀40年代開始研究礦井固定設備如提升機、水泵、空氣壓縮機等的自動化。近年來電子學和計算技術的廣泛套用加速了它的發展（見計算機在採礦工業中的套用，礦井集中監控，60年代國外礦井排水設備和空氣壓縮機站已廣泛實現遙控或自動化，取得了節省人員、減少事故等效果。中國於1952年實現第一台水泵自動化，1958年完成第一台主井提升機自動化。

礦井提升自動化

礦井提升分主井和副井提升，其自動化方式亦不同。主井提升任務單一，容易根據井上、井下煤倉煤位情況實現全自動化。包括提升機的自動控制、提升容器的自動裝卸載、自動信號和保護系統等。

提升機自動控制的要求是：①嚴格按照規定的速度圖控制提升容器的運行；②在規定的位置上實現準確停車。速度圖根據提升機和容器的形式、任務、繩速和井口裝備等因素確定。提升機自動控制的關鍵是控制減速階段的速度,一般通過行程調節器實現。提升容器自動裝卸載的關鍵是設備的可靠性。中國目前多採用定容斗的裝載設備。自動信號和保護系統包括水平選擇、方向選擇、深度指示、速度指示和故障信號等，以及超速、限速、限位、閘瓦磨損、松繩、壓力監視、深度校正等保護環節。

副井提升任務繁多，負載變化大，實現全自動化較難，一般多採用遙控方式，即司機在井口操作或上、下井人員在罐籠內通過按鈕控制，實現半自動化。

生產過程綜合自動化

把多個生產環節和多台機械作為一個整體以實現自動化。屬於這類的有：採煤工作自動化，掘進工作自動化，井下輸送機線自動化，電機車自動信號及無人駕駛，井下環境監視和通風系統自動化，地面生產系統自動化等。其中，實現採煤工作自動化是實現礦井現代化的關鍵。

長壁採煤工作面綜合機械化的實現，為工作面實現自動化創造了條件。採煤工作面自動化，包括採煤機械(滾筒採煤機或刨煤機)、可彎曲刮板輸送機和液壓支架的自動控制，目前要全部實現閉環控制，尚有困難。

採煤工作面自動化

①採煤機的牽引控制和功率自動調節 即採煤機沿工作面的牽引速度隨煤層硬度、夾矸程度和截齒磨損情況而自動改變，使電動機輸出功率基本恆定,可提高採煤機生產能力並延長其使用壽命(約25～30%)。有的調節系統還可增設電動機溫升校正環節，使輸出功率自動調整到最佳值。這種恆功率牽引速度自動調節系統比較簡單，容易實現。採用牽引速度和切割速度（即滾筒轉速）同時調整的控制方式，可使噸煤電耗和落煤塊度維持在最佳狀態。但系統複雜，目前很少採用。

②自移式液壓支架的檢測和控制 以檢測各組支架位置、支撐狀態以及採煤機位置為基礎，對液壓支架實行遠距離集中程式控制，按照規定的移架程式傳送降柱、推移、支撐等指令。本系統的特點是控制對象多，每個對象的狀態信息和控制指令多，技術關鍵是需要根據井下惡劣條件來傳輸大量信息。控制方式有:(a)鄰架人工控制；(b)成組遠距離人工控制；(c)單架沿工作面順序自動控制。

③採煤機水平位置和工作面校直控制 即根據煤層厚度變化和底板起伏，自動調整採煤機搖臂的高度，最大限度地采出全高（煤層全部厚度）並避免截齒切割頂板岩層，減少磨損，並降低含矸率。實現水平位置控制需有檢測煤-岩界面的感測器。60年代利用岩石吸收γ射線能力比煤強的物理特性,研製出同位素煤-岩分界的感測器。1981年英國研製成功利用圍岩中天然放射線來檢測0.5m以下的護頂煤。目前控制採煤機水平位置的主要方式是以護頂煤表面為靠模的仿形控制系統。工作面校直是對採煤機的推進位移進行監視和控制，保證工作面平行推進。

全礦井自動化

對礦井進行總體綜合控制，以實現整個礦井的最佳運行。不僅涉及各工藝過程，而且包括生產管理的信息處理。從各生產過程採集的有關地質參數（如煤層厚度、煤質、斷層等），環境參數（如溫度、風速、瓦斯濃度等），生產狀況（如產量、進尺、煤倉、煤位、機械狀態等）等方面的大量信息，通過計算機進行處理分析，及時作出決策，直接向有關生產系統發出控制指令，或向調度人員提供協調各生產環節的必要信息，以期達到最佳的經濟效果。

礦井生產的複雜條件給自動化帶來困難。為了協調各生產環節，手工勞動不可能全部取消。遙控機器人的出現為解決這個困難提供了新的途徑，尤其適用於一些危險場所。採礦工業機器人化（robotization）有可能改變採礦工業的社會面貌。

煤礦綜合自動化系統

煤礦綜合自動化系統是我國研製的礦井監測、報警、生產操作一體化的系統。系統由套用層、網路層、現場設備層三層結構構成。套用層採用統一的數據平台和登錄界面，用戶可以進行各子系統間互訪。網路層主幹網路採用千兆冗餘工業以太環網保證網路通訊的高頻寬和可靠性，能接入工業控制、視頻、音頻、通訊等各種系統，現場採用百兆工業以太環網和多種礦用本安型現場工業匯流排，確保用戶可兼容接入各種監控系統和設備；現場設備層由各種匯流排通訊分站、無線通訊分站、監控裝置、智慧型儀表和感測器組成。