淺談煤礦采煤技術(shù)的發(fā)展與采煤自動(dòng)化技術(shù)

趙永剛

【摘 要】現(xiàn)階段，自動(dòng)化技術(shù)在煤礦領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，要提升煤礦開采的自動(dòng)化水平，就必須從采煤、掘進(jìn)、運(yùn)輸?shù)热轿蛔龊米詣?dòng)化技術(shù)的裝備更新，才能使整個(gè)煤礦開采行業(yè)處于自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的先進(jìn)行列，才能有效的提高整個(gè)煤礦行業(yè)的總體生產(chǎn)能力。

【關(guān)鍵詞】煤礦；采煤技術(shù)；發(fā)展；自動(dòng)化技術(shù)

一、國內(nèi)的采煤機(jī)應(yīng)用分析

在國外的煤礦開采中，液壓支架的電液體控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。這項(xiàng)系統(tǒng)是綜合開采機(jī)械操控中實(shí)現(xiàn)高效和高產(chǎn)的主要技術(shù)力量。如何能夠有效的推進(jìn)電氣自動(dòng)化技術(shù)在煤礦開采中的使用范圍，是國內(nèi)煤炭行業(yè)得到長遠(yuǎn)發(fā)展的主要?jiǎng)恿头较颉奈覈壳暗拿旱V開采情況來看，地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，而煤炭需求量又越來越高。那就必須從實(shí)際情況出發(fā)，加強(qiáng)對煤炭新型自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用分析和研究，并且注重對采煤設(shè)備的更新和功能升級，確保通過技術(shù)力量來改善當(dāng)前的煤礦開采難度和精確度。

二、采煤技術(shù)的綜合發(fā)展

1.運(yùn)輸技術(shù)的應(yīng)用

在綜合性機(jī)械化煤礦開采中，刮板輸送機(jī)是最常用的設(shè)備。該設(shè)備除了運(yùn)輸煤炭外，還能夠在環(huán)境搭設(shè)初期和結(jié)束后進(jìn)行采煤機(jī)械設(shè)備中軌道運(yùn)行，支架的支點(diǎn)使用。并進(jìn)行已經(jīng)固定的采煤機(jī)的有鏈裝置拉緊，無鏈牽引的固定等。同時(shí)，還能夠?qū)ぷ髅娴拿涸M(jìn)行清理。協(xié)助放置電纜，水管及乳化液膠管等。

2.采煤技術(shù)發(fā)展中的裝備

設(shè)備上多以橫向布置的電機(jī)，通過變頻變速來做無鏈牽引等。其設(shè)備特點(diǎn)主要為主機(jī)架為整理或者大框架焊接，剛性強(qiáng)，安裝獨(dú)立，部件之間無動(dòng)力傳遞，各作用力都有主機(jī)架承受。搖臂采取與主機(jī)連接懸掛的形式，不存在回轉(zhuǎn)，運(yùn)作功率大，轉(zhuǎn)速低。銷排式的無鏈牽引系統(tǒng)，作用力大，工作平穩(wěn)，能夠適用于底板起伏不平的工作地面。設(shè)備的運(yùn)行靠的是計(jì)算機(jī)控制，比較簡單易于操作，能夠通過顯示器進(jìn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。煤礦環(huán)境中的設(shè)備運(yùn)行狀況都以中文內(nèi)容進(jìn)行準(zhǔn)確的顯示，比較適合國內(nèi)煤礦企業(yè)的實(shí)際運(yùn)用。

3.機(jī)械化的采煤技術(shù)工藝發(fā)展

采煤機(jī)械化在工藝實(shí)施上主要是通過短臂開采，長臂開采或者兩者的相互協(xié)作來進(jìn)行的開采。（1）短臂的開采主要是進(jìn)行上下兩個(gè)端頭的快速開采作業(yè)和進(jìn)行的巷道回采的機(jī)械化快速割煤。這種工藝常用在中小規(guī)模礦井的煤層傾斜不高或者較厚煤層的開采中，或者是在大型礦井中回采段受限，不適合長臂綜采的施工煤層。（2）長壁開采是借助綜采成套設(shè)備形成的一種開采方式。工作面的布置以回風(fēng)及運(yùn)輸平巷，開切眼組成，具有良好的通風(fēng)系統(tǒng)。通過增加長壁工作面長度就能增加一刀割下的煤炭量，從而避免了對進(jìn)刀及端頭作業(yè)的長時(shí)間影響，極高的提升了生產(chǎn)量。綜采長度以每日產(chǎn)量最低為標(biāo)準(zhǔn)，制約長度的因素是施工地質(zhì)環(huán)境或者刮板輸送機(jī)的具體鋪設(shè)距離。（3）綜合開采技術(shù)是煤柱回采的新型方式，主要是針對已經(jīng)成型的巷道巷柱內(nèi)進(jìn)行長壁工作面的設(shè)置。綜合開采在國家的中小型煤礦開采中具有非常重要的實(shí)用價(jià)值。

三、自動(dòng)化系統(tǒng)在煤礦采煤中的應(yīng)用

1.試驗(yàn)臺機(jī)械結(jié)構(gòu)及總體布置

變速器試驗(yàn)臺是一個(gè)綜合了機(jī)械、電氣、液壓原理的機(jī)電系統(tǒng)。其具體工作原理是驅(qū)動(dòng)電機(jī)連續(xù)輸入額定轉(zhuǎn)速和扭矩，以模擬變速器在煤礦采煤工作中的輸入工況。由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速的限制，往往無法達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速的要求，因此，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)后加入一個(gè)升速齒輪箱，以滿足采煤系統(tǒng)的試驗(yàn)?zāi)芰σ蟆榱烁咏V區(qū)采煤的真實(shí)工況，在變速器輸入端增加一個(gè)慣量盤，其旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與在離合器飛輪和傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相同。試驗(yàn)臺的末端是加載裝置及其匹配的冷卻系統(tǒng)，它能給變速器施加阻力矩，以模擬設(shè)備采煤時(shí)的負(fù)載和道路阻尼。

2.驅(qū)動(dòng)設(shè)備的選擇

驅(qū)動(dòng)設(shè)備需要給試驗(yàn)變速器輸入試驗(yàn)所要求的轉(zhuǎn)速和扭矩，驅(qū)動(dòng)設(shè)備可以采用內(nèi)燃機(jī)，也可以采用電動(dòng)機(jī)作為輸入動(dòng)力源。兩種不同的動(dòng)力源均有其各自不同的優(yōu)缺點(diǎn)。采用內(nèi)燃機(jī)作為采煤系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)端，使得試驗(yàn)更加接近變速器在采煤應(yīng)用中的實(shí)際工況。但是內(nèi)燃機(jī)也有較多缺點(diǎn)，比如噪聲大，產(chǎn)生的廢氣污染環(huán)境，而且內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩不易控制，會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大的誤差。采用電動(dòng)機(jī)作為試驗(yàn)臺動(dòng)力源有噪音小、占地面積小、啟停方便、無污染、易于控制等優(yōu)點(diǎn)。正是因?yàn)椴捎秒妱?dòng)機(jī)作為試驗(yàn)臺動(dòng)力源具有較多的優(yōu)點(diǎn)，目前電動(dòng)機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各種煤礦傳動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)設(shè)備上。

3.加載裝置的選擇

加載裝置在整個(gè)采煤系統(tǒng)中為被測變速器施加負(fù)載轉(zhuǎn)矩，目前主流的工業(yè)設(shè)備一般采用測功機(jī)作為加載裝置。測功機(jī)一般用于測試發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，也可作為齒輪箱、減速機(jī)、變速箱試驗(yàn)設(shè)備的負(fù)載裝置。測功機(jī)主要由功率吸收、負(fù)載調(diào)速、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)和冷卻部分組成。根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩輸出方式的不同，一般可以將測功機(jī)分為水力測功機(jī)、電力測功機(jī)和電渦流測功機(jī)三種。自動(dòng)化采煤系統(tǒng)一般采用開式布局，在保證試驗(yàn)需求的情況下，基于上表的三種測功機(jī)的性能對比，采用電渦流測功機(jī)較適合于基礎(chǔ)的自動(dòng)化采煤系統(tǒng)。該文采用一臺長沙湘儀動(dòng)力測試儀器有限公司生產(chǎn)的CW-150系列電渦流測功機(jī)作為研究對象，其額定吸收功率為150kW，額定扭矩為520N·m，額定轉(zhuǎn)速為2500rpm。

4.發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性分析

該文所建立的自動(dòng)化采煤系統(tǒng)模型，選用交流異步電機(jī)作為試驗(yàn)臺架的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)變速器及負(fù)載機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)。這里所選用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)能完全覆蓋被測變速器所匹配采煤設(shè)備發(fā)動(dòng)機(jī)的全部性能和運(yùn)行工況，同時(shí)還應(yīng)具備轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)能力。為了使試驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確，這里我們先要對發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性進(jìn)行簡要分析，從而為異步電機(jī)參數(shù)的確定提供理論依據(jù)。

5.驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要參數(shù)的確定

在確定了采用交流異步電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)之后，就必須確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)的各種參數(shù)，從而完成異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的變速器試驗(yàn)臺動(dòng)力學(xué)仿真。而部分電動(dòng)機(jī)參數(shù)的確定必須參照發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)的確定原則，這樣才能提高驅(qū)動(dòng)電機(jī)模擬發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的精確度。對于任意的一臺異步電機(jī)，它的參數(shù)例如定子電阻、轉(zhuǎn)子電阻、定子漏感、轉(zhuǎn)子漏感、定轉(zhuǎn)子互感、電機(jī)極對數(shù)以及轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等是異步電機(jī)所固有的參數(shù)，需要通過電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)進(jìn)行選定。而對于額定功率、額定轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)矩等動(dòng)力學(xué)參數(shù)，需要根據(jù)電動(dòng)機(jī)所使用的特定場合進(jìn)行選定。由于這里是用異步電機(jī)模擬汽車發(fā)動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，則其動(dòng)力學(xué)參數(shù)參照發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)確定則。

四、結(jié)語

綜上所述，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用，對于提高煤礦生產(chǎn)效率及生產(chǎn)安全性發(fā)揮了重要的作用。通過機(jī)械化作業(yè)可以大大節(jié)省人工勞動(dòng)，將各種機(jī)械綜合化使用，能夠有效提高采煤量。煤礦企業(yè)應(yīng)該注意自身生產(chǎn)管理方式的改進(jìn)，促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，推進(jìn)煤炭生產(chǎn)行業(yè)發(fā)展。總之，電氣自動(dòng)化對煤礦企業(yè)的生產(chǎn)具有至關(guān)重要的作用，在煤炭資源如此稀缺的今天，企業(yè)需要不斷創(chuàng)新技術(shù)，為我國煤礦開采事業(yè)的發(fā)展保駕護(hù)航，增強(qiáng)煤炭企業(yè)可持續(xù)發(fā)展和整體競爭力。

【參考文獻(xiàn)】

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