淺析煤礦機(jī)電技術(shù)一體化應(yīng)用研究

潘建武

(汾西瑞泰能源集團(tuán)有限責(zé)任公司安監(jiān)部，山西左權(quán)032600)

0 引言

機(jī)電一體化是集機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、接口技術(shù)、軟件編程技術(shù)等多學(xué)科的交叉綜合，具有技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及社會效益。機(jī)電一體化在煤礦系統(tǒng)的應(yīng)用，很大程度上降低了煤礦生產(chǎn)的勞動強(qiáng)度，改善了煤礦工作環(huán)境和安全系數(shù)，提高了煤礦系統(tǒng)的勞動生產(chǎn)率，對煤炭行業(yè)的發(fā)展有著積極的促進(jìn)作用。

1 一體化在煤礦機(jī)電技術(shù)中的作用

1.1 有效提高煤礦生產(chǎn)的安全系數(shù)

在沒有引進(jìn)機(jī)電一體化生產(chǎn)時，煤礦工人需要深入幽暗潮濕的礦井進(jìn)行日常作業(yè)，井下所有的工作都需要人工完成，工人工作強(qiáng)度大，幾乎是超負(fù)荷運轉(zhuǎn)。長此以往，不僅會對礦工的健康造成影響，復(fù)雜多變的井下環(huán)境與突如其來的透水事故、瓦斯爆炸事故還會威脅到廣大礦工的人身安全。

1.2 有效提高煤炭生產(chǎn)的效率

在煤炭開采過程中應(yīng)用一體化機(jī)電技術(shù)，從根本上改變了煤炭企業(yè)的生產(chǎn)方式，用機(jī)械取代人工，將人力從繁重的機(jī)械勞動中解放出來，實現(xiàn)人力資源的合理優(yōu)化配置。不僅如此，人力不同于機(jī)器，人會有疲累感，超時高負(fù)荷工作會降低工人的生產(chǎn)效率，不利于煤炭產(chǎn)量的提升。用機(jī)械取代人工后，只要定期對其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修，機(jī)械就能長時間保持高強(qiáng)度勞動，降低了不確定因素對生產(chǎn)造成的影響，有效提高了煤炭生產(chǎn)效率。

1.3 有效提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益

在煤礦生產(chǎn)中運用機(jī)電一體化技術(shù)，能夠有效節(jié)省人力開支，降低了生產(chǎn)成本，還提高了煤炭產(chǎn)量，為企業(yè)創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟(jì)價值，使煤炭開采企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益得到大幅提升。企業(yè)盈利增長，員工的福利待遇自然水漲船高，一定程度上改善了煤礦井下作業(yè)人員的生活質(zhì)量。

2 煤礦機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用

煤炭的生產(chǎn)過程主要包括“掘進(jìn)、采煤、裝、運輸、提升”等幾大系統(tǒng)。機(jī)電一體化產(chǎn)品在這幾大系統(tǒng)中都有著廣泛的應(yīng)用，極大地提高了煤礦的生產(chǎn)效率和安全系數(shù)，改善了工人的工作環(huán)境。節(jié)約了大量的成本及生產(chǎn)資料。

2.1 機(jī)電一體化技術(shù)在采掘過程的應(yīng)用

掘進(jìn)是煤礦開采的基礎(chǔ)工作，掘進(jìn)的效率直接影響采煤的效率。機(jī)電一體化在掘進(jìn)中的應(yīng)用就成為了一種必然。現(xiàn)階段，大部分煤礦業(yè)中都普遍采用掘進(jìn)機(jī)這一機(jī)械技術(shù)，我國已開發(fā)出20 多種型號的掘進(jìn)機(jī)，形成了一系列產(chǎn)品。掘進(jìn)機(jī)機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在三個方面:負(fù)載反饋調(diào)速技術(shù);掘進(jìn)機(jī)行走調(diào)速技術(shù);離機(jī)遙控技術(shù)和工況監(jiān)測及故障診斷技術(shù)。這三種技術(shù)在掘進(jìn)機(jī)中的高水平應(yīng)用，將是掘進(jìn)機(jī)機(jī)電一體化技術(shù)的研發(fā)重點，以更好地提高掘進(jìn)速度，進(jìn)而提高煤礦系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。

煤礦業(yè)實際生產(chǎn)過程中，最為重要的一個機(jī)械產(chǎn)品就是采煤機(jī)，它的生產(chǎn)效率如何，不僅關(guān)乎到煤礦業(yè)的產(chǎn)量，而且還會直接影響到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。電牽引采煤機(jī)是機(jī)電一體化在煤礦中的典型應(yīng)用。比如，遼源煤礦機(jī)械廠生產(chǎn)的MGD150NW型采煤機(jī)，按照西安煤業(yè)公司的采掘條件以及具體儲量進(jìn)行設(shè)計，實際應(yīng)用過程中取得了較好的效果，這對于西安煤業(yè)公司的采掘速度及產(chǎn)量的提高具有積極的促進(jìn)作用。電牽引采煤機(jī)與傳統(tǒng)的液壓牽引式采煤機(jī)相比，具有以下優(yōu)點:良好的動能、牽引特性、操作方便、適用性強(qiáng)等，可應(yīng)用于緩傾斜煤層，大傾角煤層，其運行可靠并且使用壽命長、反映靈敏、結(jié)構(gòu)簡單、效率高。電牽引采煤機(jī)是目前煤礦行業(yè)普遍使用的設(shè)備之一，降低了煤礦開采人員的工作難度，提升了整個生產(chǎn)流水線的運行效率，大大提高了出煤率。

2.2 機(jī)電一體化技術(shù)在運輸過程的應(yīng)用

帶式輸送機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，在煤礦系統(tǒng)中主要是普通型皮帶，制成100 ～200 m。現(xiàn)在，大多數(shù)煤礦井下生產(chǎn)已經(jīng)實現(xiàn)了皮帶化。帶式輸送機(jī)屬于高效連續(xù)運輸設(shè)備，輸送距離長、運量大、連續(xù)輸送且運行可靠。機(jī)電一體化技術(shù)在帶式輸送機(jī)中的應(yīng)用主要采用CST 可控軟啟動裝置。CST 對啟動階段和緩沖階段的加速度進(jìn)行控制，減小甚至消除膠帶的張力;CST 還可以在空載狀態(tài)下啟動，避免沖擊電流的危害PLC 控制液壓系統(tǒng)是實現(xiàn)CST 系統(tǒng)的關(guān)鍵。這種啟動形式，保證了帶式輸送機(jī)的高效運行。

提升機(jī)是煤礦系統(tǒng)主要耗能設(shè)備之一，耗電量大，原始的TKD 系統(tǒng)耗能大穩(wěn)定性差。隨著機(jī)電一體化進(jìn)程，數(shù)字化控制系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于現(xiàn)在的提升機(jī)中。數(shù)字化控制系統(tǒng)可以有效避免沖擊、失控等現(xiàn)象的發(fā)生，提高安全系數(shù);在節(jié)能方面也有良好的表現(xiàn)。現(xiàn)在這套系統(tǒng)已在國內(nèi)很多中小型煤礦系統(tǒng)，改善了煤礦提升機(jī)系統(tǒng)性能。

采用機(jī)電一體化技術(shù)大大改善了斜井乘人裝置，改善后使該裝置運行更加平穩(wěn)安全、動力消耗降低。并使用PLC 控制信號系統(tǒng)，簡化了操作過程，便于設(shè)備的維護(hù)、檢修，同時提高了運送人員效率。這一技術(shù)的運用大大改善了煤炭企業(yè)以前斜井乘人器高耗能、運送人員效率低、環(huán)境差的局面，同時也成為煤炭企業(yè)一個閃亮的窗口。

2.3 機(jī)電一體化技術(shù)在其他配套裝置方面的應(yīng)用

煤炭在開采過程中，巷道中會產(chǎn)生大量的可燃有毒氣體，根據(jù)重大瓦斯爆炸事故資料的統(tǒng)計分析，瓦斯爆炸占事故總起數(shù)的60%左右。為了提高安全系數(shù)，減少采礦過程中的人員傷亡，稀釋和排除有毒氣體顯得尤為重要。機(jī)電一體化在這方面的應(yīng)用很好地解決了這一問題，近幾年出現(xiàn)的一種雙電源電氣閉鎖真空磁力啟動器，用來實現(xiàn)掘進(jìn)層面的雙風(fēng)機(jī)、雙電源自動切換只需要幾秒鐘時間，大大降低了掘進(jìn)面無計劃停風(fēng)帶來的損失，更有力地保證了安全。超大功率的局部通風(fēng)機(jī)在超長距離掘進(jìn)巷道中已經(jīng)有了很好的應(yīng)用。針對硯北煤礦3 000 m長距離單巷道掘進(jìn)過程中，選用了超大功率4 ×37 kW 的FBDY型通風(fēng)機(jī)有效實現(xiàn)對掘進(jìn)工作面的長距離、大功率風(fēng)量輸送，使巷道溫度比原2 ×3 kW 對旋局部通風(fēng)機(jī)下降了2℃以上，有效風(fēng)量提高了57.91%。

煤礦安全生產(chǎn)是煤炭行業(yè)高度重視的問題，由于我國煤礦井下生產(chǎn)條件復(fù)雜，地質(zhì)條件多變，自然災(zāi)害較為嚴(yán)重。安全監(jiān)測尤為重要，可以有效避免傷亡事故的發(fā)生。煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是實現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)的重要保證，國家提出“先抽后采、監(jiān)測監(jiān)控、以風(fēng)定產(chǎn)”的十二字方針，充分體現(xiàn)了監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦安全生產(chǎn)中的重要性。19 世紀(jì)80 年代初，我國從美國、法國等引進(jìn)了一批先進(jìn)的安全監(jiān)控系統(tǒng)，安裝在部分煤礦中;20 世紀(jì)90 年代以來，緊跟世界監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展潮流，我國自行研發(fā)的KJ90、KJ95 系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)的各大煤礦。隨著科技水平的進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、光纖工業(yè)電視技術(shù)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)已在煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測測控系統(tǒng)中得到了應(yīng)用，比如黑龍江移動的GSM 和GPRS 網(wǎng)絡(luò)已對全省實現(xiàn)了風(fēng)機(jī)主扇監(jiān)控和瓦斯?jié)舛缺O(jiān)控，在很大程度上減少了安全隱患。我國煤礦安全生產(chǎn)系統(tǒng)還存在著一些問題，煤礦安全監(jiān)測生產(chǎn)系統(tǒng)的通信協(xié)議不規(guī)范，數(shù)據(jù)共享問題，沒有有效利用網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)系統(tǒng)集成等。相信隨著不斷的發(fā)展進(jìn)步，這些問題都會一一克服，各大高校和科研機(jī)構(gòu)也針對這些問題進(jìn)行了一些研究，也取得了一些進(jìn)展。我國的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)正向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。

3 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)已經(jīng)逐漸滲透到煤炭開采的各個環(huán)節(jié)中。當(dāng)前高度智能化、信息化的一體化采礦設(shè)備具有操作、維修、養(yǎng)護(hù)便利、體積小巧便于移動、安全系數(shù)高、兼容性強(qiáng)、靈活易控等特點，將工人從高強(qiáng)度的機(jī)械勞動中解放出來，為進(jìn)一步實現(xiàn)人力資源的優(yōu)化配置、有效提高煤礦生產(chǎn)的安全系數(shù)與實際效率、節(jié)約人力成本、實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化打下堅實的基礎(chǔ)。

［1］王晴.我國煤礦機(jī)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀研究［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012(13).

［2］王丹，于濤. 有關(guān)煤礦機(jī)電一體化的應(yīng)用與發(fā)展探究［J］.科技致富向?qū)В?012(11).