概述煤礦機電一體化技術的應用

朱家杰

摘 要：近年來，我國各行各業競相發展，依靠機電一體化技術，大幅度地提高產品的性能、質量和可靠性，提高制造水平，增加產品的應變能力，提高勞動生產率，節約大量能源和材料消耗。煤炭系統也在利用機電一體化技術改造舊設備和開發新產品方面做了大量的工作，取得一定的成效。它已使人們清楚地認識到，機電一體化技術和產品的發展，是實現高效、安全、機械化采煤和煤礦機電產品更新換代的重要途徑。本文就機電一體化技術在煤礦企業中的應用進行初步分析和探討。

關鍵詞：煤礦；機電一體化技術；應用

1.煤礦機電一體化技術的發展狀況

我國煤礦機電一體化技術始于建國初期，電子科技的初步發展使得把電子技術和原有的機械水平結合成為了可能，一定程度上提高了機械水平，但是由于計算機技術的限制，機電一體化并沒有蓬勃發展起來。20世紀70年代初，在“九五”期間發生了跳躍式變化，由于計算機技術的普遍應用，機電一體化程度加深；我國不僅引進了很多當時國際先進的機電一體化產品，并且研制成功了許多具有自主知識產權的產品并得到廣泛應用[2]。近年來隨著煤礦行業的不斷發展，煤礦生產水平也在不斷的提高，機電工程的控制水平也要隨著行業的發展而得以提高，從而也加快了機電一體化技術的發展。現代科學技術的發展，機電一體化更加具有先進性，尤其是21世紀以來，智能技術的開發與利用對機電一體化起到了極大的作用，并且應用到煤礦系統中。

在煤礦的井下，智能設備已被應用，例如井下智能機器人、智能化作業設備等，這些都是機電技術所提供的機械設備，但我國井下機電設備的能力不高，可靠性和檢測智能控制水平也不能達到高標準，這樣會影響到工作的安全生產。就我國目前的情況來說，煤礦機電一體化取得了很大的突破，這在很多方面都得到了提現，以MGD150NW采煤機的應用為例，它不僅大大提高了產量，還增加了安全性；綜合液壓支架的使用不僅僅大量減輕了重力的壓力，也提高了人身設備的安全性；鋼絲繩損耗定量檢測系統，充分利用了計算機的作用，精確的計算了鋼絲繩的損耗程度，使安全隱患消失于無形；此外還有很多其他技術的應用也充分體現了我國煤礦機電一體化的進程，例如提升機交流電控系統、LC煤礦提升機綜合后備保護裝置、ZDC/30煤礦用斜巷防跑車擋車裝置等。雖然現在我國煤礦一體化已經有了明顯的成就，但是和西方發達國家相比還存在著明顯的差距，整體技術水平和具體的機械設備都明顯落后，以SL500系列采煤機為例，這種智能的自動化技術在我國還沒有廣泛的流行。

2.電牽引采煤機

電牽引采煤機是機電一體化技術在煤礦生產中的一個典型應用。和液壓牽引對比，它具有以下特性：

其具備較好的牽引特性，能在采煤機向前工作時提供牽引力，讓它克服陰力進行移動，也能夠在采煤機下滑時進行發電制動，向電網反饋電能；能用于大傾角煤屋。此外牽引電動機軸端還安有制動器，從而不必借助別的防滑設備；運行可靠，使用壽命長。電牽引不同于液壓牽引，其除電動機的電刷和整流子有磨損外，別的元件都沒有磨損，故其工作可靠，礦障少，壽命長，維修工作量小；反應屢敏，動態性好，電控系統能實時調整各種系數，結構簡單、效率高。電牽引采煤機機械傳動結構簡單、規格小，份量輕，傳動效率能達99%，比液壓采煤機的傳動效率高出將近30個百分點。1991年煤炭總院上海分院與波蘭瑪克公司合作，研發出我國首臺交流變頻調速MG3442PWD型薄煤屋強力爬底板電牽引采煤機。后國內有關研究單位與企業在吸納國外采煤機技術進步。如：上海天地公司、太原礦山機械廠、西安煤機廠、雞西煤機廠等都對電牽引采煤機進行了大量的研究開發，同時在煤礦生產中起到了廣泛的作用。

3.礦井安全生產監測監控系統

最能體現煤礦機電一體化技術之一的是礦井安全生產監控系統。我國監測監控技術應用較晚，上世紀80年代初，原國家煤炭部組織了大規模地對國外煤礦監控技術的考察和引進工作，不僅推動了國內監控技術的發展。而且還從法國、波蘭、德國、英國和美國等先后引進了一批安全監控系統（如DAN6400、TF200、MINOS和Senturion2200），經過消化，響應收同進又結合我國的實阮情況，研發出KJ2，KJ4等安全生產監控系統并通過了鑒定。

上世紀90年代以來，我國緊跟世界監測監控系統的發展趨勢，自行研發出了一批具有世界先進水平的監控系統，如煤炭科學研究總院重慶分院的KJ90系統、煤炭科學研究總院常州自動化研究所的KJ95系統等。它們的主要特點有：測控分站的智能化水平進一步提高：可與網絡邊接，系統軟件采用了Windows操作系統。而且，在“以風定產，先抽后采，監測監控”12字文針和煤礦安全章程等有關條款的指導下，規定了我國各大、中、小煤礦的高瓦斯或瓦斯突出礦井必須裝備礦井監測監控系統。此后，更多的監測監控系統生產廠家如雨后春筍般不斷涌現，這不但為各煤礦提供了更多的選擇，也促進了各廠家產品質理和服務意識的提高。通過長時間的實踐，安全監測監控系統為煤礦安全生產和管理起到了十分重要的作用。

4.液壓支架電液控制系統

我國研制液壓支架電液控制系統的起步較蟓。雖有諸多型號的電液控制系統液壓支架研發成功，但我國自主生產的電液控制系統的液壓支架卻還未在煤礦中廣泛的推廣使用，在高產高效工作方面依然是從國外引進電液控制系統液壓支架。以我國目前研制的支架電液控制系統來年，仍處于成組程序和單架控制的起步階段。液壓支架研制的趨勢是向電液控制的方向發展，將計算機技術與液壓控制相結合，達到定硬度雙向鄰架或自動移架，避免對頂板和支架產生沖擊。而且，電液控制設備還可查測支架的工作狀態。美國、德國液壓支架電液控制系統的研發走在世界前列，它們的液壓支架技術配備有礦障預警功能，能實現液壓支架與采煤機、刮板機的遠程控制。

5.礦井運輸提升設備

帶式輸送機不僅能滿足長距離的連續輸送、而且具有輸送量大、運行可靠、效率高和自動化等特點，已成為我國當今機電一體化技術的研究重點。

5.1 帶式輸送機

我國已自行生產制造了多個品種類型的帶式輸送機。“八五”時期，由于“日產萬噸綜采設備”項目的實施，帶式輸送機的技術水準得到了極大地提升，煤礦井下用大功率、長距離帶式輸送機的主要技術研究和新產品的研發也獲得了較大的進步。如大傾角長距離帶式輸送機成套設備、高產高效順槽可伸縮帶式輸送機等；均真補了國內此項技術的空白，并對帶式輸送機的關鍵技術及主要部件進行了理論探討和產品開發，成功的研制出多種軟起動和制動裝置。有以PLC為核心的可編程電控裝置、驅動系統采用調速型液力偶合器和行星步齒輪減速器。

5.2 礦井提升機

礦井提升機實現全數字化的提升，特別是內裝式提升機，從結構上將驅動和滾筒合為一個整體，簡化了機械結構，是典型的機電一體化設備。全數字提升機不僅能夠進行可重復性礦障尋址、診斷和自診斷，而且還可以進行簡單而迅速地通信。采用選擇總線的方式，大大簡化了電氣的安裝。其硬件配置簡單，相互兼容，零備件少，能夠輕松地實現軟啟動、軟件控制和改變瞬間加速度。在我國“九五”計劃時期，國產全數字化直流提升機是各煤礦提升機的首選機型。我國研制成功的具有自主知識產龍的全數字化直流提升機的核心部分ASCS的計算機系統由雙CPU構成。除此之外，我國還研制成功了第一臺交2交變頻器供電的交流提升機。2000年11月，該系統在焦作古漢山礦投入運行，情況良好。提升機由于采用了計算機技術，其安全保護系統更為完善。該系統的主要特點是：使用兩臺計算機裝置，每臺都有自已獨立的測量、傳感裝置和數據處理系統。兩臺計算機同步工作，互相檢測，互為備用，對提升行程實現直接測量和間接測量容器位置相結合的方式，一定程度上實現了行程的自動控制。因為采用了計算機，對安全回路、制動回路、電源和驅動回路能夠進行實時檢測，極大地提高了提升機安全性能。

6.其他煤礦機電一體化裝置

其他的機電設備主要為煤礦供電設備。煤礦供電的特點不僅要求可靠，質量高，而且還要能滿足大功率設備的要求，因此節能型產品應為首遷。高壓開關柜采用了維護量小，使用壽命長的真空開關。用集中補償和就地補償相結合的辦法提高功率因數，減少供電系統的無功電流，降低了無功功率損耗。目前高、低開關柜普遍采用了“微機保護”，具備網絡功能，可以實現遠程遙控、遙測和遙調。

7.結束語

總而言之，先進煤礦機電一體化設備的高智能化、程序化、信息化特點，以及體積小、操作、維護方便、保護齊全、性能可靠等優點，使得這些機電設備在煤炭生產中得到廣泛應用，不僅減輕了操作人員的勞動強度，而且還為煤礦工人提供了安全保障，極大地提高了煤礦的生產能力，創造了巨大的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1]毛清華，馬宏偉，張旭輝. 煤礦鋼絲繩芯輸送帶接頭在線智能識別系統[J]. 礦山機械，2013（01）： 50～54.

[2]羅春輝. 淺談機電一體化在煤礦機械中的應用[J].煤炭技術，2013（ 01） ： 46 ～ 47.