論煤礦機電技術

摘要：通過對煤礦部分常用先進機電技術介紹，探討其發展趨向。

關鍵詞：大功率 機電一體 計算機與網絡技術

0 引言

煤礦采煤技術的發展經歷了手工、炮采、機械化等幾個階段，生產能力相應的得到不斷提高，礦井年產量從幾萬噸發展到幾百萬噸。當前一些先進的煤礦企業、礦井甚至一個采煤工作面的生產能力就能達到500～1000萬t／s，例如同煤集團塔山煤礦年生產能力達到了1500萬噸。生產能力的提高，與之相適應的配套機械設備應運而生，就采掘工作面的裝備而言，美國、德國、澳大利亞等國電牽引采煤機的使用已達到1D0％，單臺裝機功率達1530kw，截割牽引速度為10～15m／min，最大牽引速度達到45.9m／min，產量達到40～75t／min：工作面刮板輸送機的功率達到1600kw，長度400m，輸送機槽鋼板厚度達到60～70mm；帶式輸送機的最大運輸能力已達3500t／h，功率1400kw，帶寬1.5～1.6m，帶速3.5～4.7m／s，最大水平運距2000m(多點驅動)；部分斷面掘進機的最大重量達120t，截割頭功率達500kw，可切割抗壓強度超過100mpa的巖石，最大掘進斷面70m²。這些先進機械裝備的使用，不僅提高了生產能力，而且使煤礦勞動生產率得以大幅度提高。

1 先進的機械裝備及電力電子技術

設備的大型化、大功率化，對電力技術也提出了新的更高要求。近年來隨著半導體技術、計算機技術、軟件技術的發展，電力電子技術也得到迅猛發展，并發生了質的飛躍。它已由50年代的SCR、80年代的GTR、MOSFET發展到現在的第三代電力電子器件IGBT、SIT。第三代電力電子器件還將高電壓、大電流的功率器與控制電路集成在一起，形成智能功率控制集成模塊。目前最先進的為同步機內裝式交流變頻提升機，其主回路和磁場回路均采用電力電子器件，實現變頻和整流，由于采用交流電機，沒有電刷問題，提升機容量可以大幅度增加。電力電子技術在控制采煤機牽引速度上也得到應用，主要是交流變頻調速和滑差調速。此外，電力電子技術還應用與帶式輸送機的調速或軟啟動控制、風機調速和水泵調速，除了可以提高調速性能外，更主要可以節省能源。以電力電子技術為基礎的開關磁阻電機因其啟動力矩大、啟動電流小、可以頻繁重載啟動的優點，特別適用于礦井輸送機、電牽引采煤機及中小型絞車等。

2 機電一體化

機電一體化技術是機械、計算機、自動化控制技術的綜合應用。隨著計算機、軟件技術、傳感器技術和自動化控制技術的發展，機電一體化產品在性能和功能方面實現了飛躍，并在煤礦中得到廣泛應用。英國、日本、美國和中國生產的部分電牽引采煤機，裝備了以計算機為核心的控制和工況監測與故障診斷系統，對采煤機的運行工況及參數進行采集、處理、顯示、存儲和傳輸，提供操作指導或控制采煤機做出相應的處理，對電機、軸承等部件進行故障自動診斷。計算機技術與液壓控制有機結合，實現了液壓支架定壓雙向鄰架或成組自動移架，避免對頂板和支架產生沖擊載荷。此外，引進的工作面供電設備采用了微機控制技術，實現故障查詢、閉鎖、先導保護和控制功能，也是一種典型的機電一體化產品。煤礦運輸設備的機電一體化進程也十分迅速，近幾年來，引進的電液控制軟啟動在帶式輸送機上的應用達到很高水平，它利用計算機與液壓技術相結合，不僅具有良好的啟動、停車、調速和功率平衡等功能，而且能監測設備各部分的工況，對不正常狀態進行保護，顯示故障類型。礦井提升機是煤礦實現機電一體化水平最高的大型設備，全數字化交、直流提升機，尤其是內裝式提升機從結構上將滾筒和驅動和為一個整體，機械結構大大簡化。我國研制成功的具有自主知識產權的全數字化直流提升機，其核心部分ASCS是由雙CPU構成的計算機系統，以其性能先進、操作簡便、準確可靠成為煤礦提升機的首選機型。

3 計算機控制與網絡

隨著煤礦現代化進程的加快和安全技術的高速發展，井下各種監測監控系統逐漸增多，如果這些監測監控系統處于相互獨立的狀態，各種系統自成體系，各自為政，信息不能互通，勢必造成通信線路重復投資，重復建設，系統維護量增大，整體可靠性差，維修、維護困難，信息不能綜合利用等缺陷。計算機控制技術和網絡技術在煤礦的廣泛應用很好地解決了這些問題。現在，計算機控制和網絡可以覆蓋到煤礦井下現場、覆蓋到單臺設備、單個數據測量點，在地面的任一臺聯網的計算機經授權均能直接查閱有關信息，或向并下發送有關信息，各級管理者可以在車間、區隊、礦井、企業乃至世界各地實現統一調度、控制和管理。這些網絡、控制系統都改變著傳統煤炭行業技術和產業結構，給現代化礦井的優化調度、科學管理等帶來革命性變化。

4 發展趨向

煤礦機電技術及裝備的主要發展趨向應當是：跟蹤產業科技前沿，開發有自主知識產權的以煤礦開采技術及配套裝備為主導的核心技術，以其高適應性、大型化、大功率化、遙控和自動化占領技術制高點；開發以微處理器和微機為基礎的礦井設備工況和健康監測以及微處理器、計算機和專家系統的應用等，將逐步成為現代化煤礦機電技術發展的重要標志。