采煤機械中人機工程的優化設計

宋學凱

摘要：國內能源供應市場逐步擴大，各種原始物料資源的需求量持續上漲，促使了采煤生產模式的自動化改進。相比最初期的煤礦生產，機械設備融于作業模式實現了技術上的創新，擺脫了人工開采面臨的許多不足。從新世界全球對煤礦資源的使用情況看，未來煤礦開采的產量仍需不斷增加。原始機械采煤模式里必須要實施多功能改造，以保持礦井生產流水線的高效運轉。鑒于此，本文分析了采煤機械中人機工程操作的改進方法。

關鍵詞：采煤機械；人機工程；操作；優化設計

一、目前機械化采礦存在的問題

（一）設備問題。科學技術帶動下，機械化采礦逐漸取代了人工生產操作，成為了企業采煤的主要方式。以采掘機為主的各種機械設施普及運用，極大地推動了采煤生產效率的提升。但隨著時間的推移，機械設備也出現了不同的問題。如：設備長時間處于高負荷運行狀態，內部零配件磨損過多而限制了使用功能的發揮；所選設備與實際采煤生產不符，影響了后續原煤開采的質量。

（二）操作問題。作為新時期先進的采煤生產體系，機械設備運用于礦井或露天采煤均推動了行業技術的發展，而在現實開采過程中發現了許多操作方面的問題[1]。具體表現：采煤機械功能有限，無法實現高難度的作業要求，操作人員執行生產命令時比較困難；因前期培訓工作不完全，許多采礦人員沒有掌握專業的實踐技能，控制機械設備出現了較多的失誤；這些都會影響到采煤效率。

（三）管理問題。企業采購大量機械設備之后，日常生產過程中缺少必要的管理措施，高科技設備功能發揮受到了約束。一般情況下，采煤機械執行了“輪班制”操作運行，常會遇到24h持續作業的狀態，給設備性能造成了明顯的損壞。比較普遍的問題：設備結束采礦作業，管護人員沒有及時檢查維修設備的性能或狀態，下一輪采煤生產時易出現系統性故障，阻礙了機械設備的安全作業。

（四）養護問題。任何一臺設備操作結束，都必須要按照功能指標進行養護，以保持良好的操作功能。通常，采煤機械的養護包括：檢測、維修、更新、調試等方面，全面性地考察設備的結構性能。煤礦企業為了顧及到產量、進度，沒有制定與機械設備相匹配的養護方案，遇到存在磨損嚴重的零部件，沒有盡快更換新的零件補充結構，機械運作部件潤滑處理較少，養護措施執行不完善。

二、采煤機械中人機工程學改進的內容

（一）人體測量。人機工程注重于人體特點的控制，根據操作人員的生理及心理特點改進機械設備，以提供更加舒適的操作環境。結合人體測量學對采煤機械實施改造，主要作用：為設計機械設備、工作場所和動作類型等提出原則和標準，以便最充分地利用時間和空間[2]。使設計的機械設備與身體的大小、形狀、活動和結構相協調，從而使人操作時省力、舒適，并具有最高的準確性，最適當的速度和最大的安全；使機器設備能收到最大的效益。

（二）座椅參數。所有機械設備都會設置座椅，這是人員操作設備的主要結構之一，也是未來人機工程優化改造的重點對象。對于采煤機械而言，其座椅改造需根據幾個標準的幾何參數，如：座高、座面深、座靠背、座面寬等。根據我國的人體高度一般取座高為43-45cm，座面深一般取45cm左右，另外座面要光滑平整，座面可略向后斜6°左右。這樣人坐上去以后，靠背和座面與人體背部，臀部，大腿形成的曲線相吻合，從而提高了設備操作的舒適度。

（三）控制區域。控制器布置區是指人手或腳操作操縱器時，用力最適宜的空間范圍和例行的方位。采煤機械的控制器布置區主要包括手、腳兩點，這些都關系著設備控制的效率。人機工程改造中，對控制器范圍綜合調整，為操作人員提供了良好的操作環境。如：腳動控制器布置區在人坐著操作時，腳踏板不得偏離人體中心線7.5-12.5cm，腳踏板的高度不得超過椅面高度；若是站立操作，則腳踏板高度小于地面75cm，最佳是高出地面20cm[3]。

（四）作業空間。不同體積大小的機械設備，其能夠提供的作業空間大小不一，合理地布局設備內部空間也關系著現場操作的效率。作業空間是指人在操作機器時所需要的操作活動空間，再加上機器、設備以及工具所需的空間的總和，人機工程改造需提高空間的有效利用率。現代化作業對作業空間的設計要求很高，要求反映所有的機器、設備、工具和人們的操作活動功能之間聯系得合理。使作業空間既經濟、合理、又能給操作者的操作帶來方便和舒適。

（五）智能操作。注重人與機械直接的協調操作，這是人機工程學運用于采煤設備的最終目的。通過人機工程對機械采礦系統優化改造，應當考慮智能操作模塊的設置，在突發情況下經過人體感應而發出緊急處理指令[4]。如：采掘機中安裝電子感應儀，當礦井采掘進度超出標準范圍后，自動感應以切斷系統運行，防止采掘量過大造成的危害；輸煤機負責運輸已開采的煤礦物質，設計機器手可自動裝煤，保持皮帶機運輸操作的持續運作。

三、設備改造前后的注意事項

工業科技為機械應用設備改造提供了良好的技術保障，人機工程理論研究成果得以運用于現實生產。隨著社會對煤礦資源需求量的大幅度上升，對采掘機、洗煤機、輸煤機等機械設備僅人機工程改造是必不可少的。除了設備內外部結構上的改造，筆者認為，企業還需注意以下幾點：一是人員培訓，人機工程系統與機械生產系統相組合，在設備結構及操作性能方面均提出更新的要求，企業應制定培訓計劃以增強作業人員的技能水平，盡快適應新的采煤生產模式；二是設備管護，既要加強新設備的操作調控，還要對設備定期實施故障檢修，防止潛在故障對人機操作系統造成的不便，必要時應更換新的機械設備；三是定期更換，必要時對機械設備進行更換處理，從零部件及外部套裝設備交替互換，這樣能夠避免設備老化、磨損偏大等問題造成的性能損失。

結論

總之，經過了較長時間的改革調整，國內煤礦開采模式實現了巨大的轉變，原始人力開采作業方案逐漸被機械一體化取代，顯著改善了礦井開采的出煤量。人機工程理論指導采煤機械改造，對設備結構及其功能都起到了很好的改造作用，優化了各種采煤設施的實際作業性能。

參考文獻：

[1]張榮靜.傳統粗放型經濟中采煤生產存在的不足[J].鄭州大學學報， 2011，31（17）：45-47.

[2]王萬恩.我國煤礦機械人機一體化改造的先進科技[J].炭經濟研究，2011，22（18）：133-135.endprint