機電一體化技術的發展及在煤礦的應用

李增愚

（山西汾西礦業集團中盛煤業公司 山西 靈石 031309）

一、機電一體化技術及其作用

當前，隨著科學技術的不斷發展以及對煤礦生產安全高效的要求，煤礦企業在機電一體化應用方面取得顯著的進展。尤其是隨著煤炭挖掘越來越向深部發展，要從地底深處挖掘上千萬噸煤炭，并安全輸送到地表，對煤炭機械的要求越來越高，沒有現代機電設備的支撐是不可能完成的。所謂機電一體化技術就是將電子技術有效的運用到機械設備中，將物流、信息流有機結合起來，從而有效提高煤炭生產的質量和安全系數，獲得更加顯著的技術、經濟和社會效益。其主要意義在于：一是保障安全。據統計，中國每百萬噸煤炭開采死亡人數位居世界前列，在煤炭開采中，工人長時間位于礦井中，環境充滿煤塵，對他們的身心健康帶來極大的損害。而且地下挖掘條件復雜，一旦出現意外，將直接造成生命安全。而采用機電一體化技術后，不僅有效減輕工人的勞動強度，而且降低了安全事故的發生次數。二是提高勞動效率。隨著煤礦機械應用機電一體化技術后，舊設備被逐漸淘汰，勞動生產率明顯得到提高，尤其是微處理技術與自動化技術的普及和采用，使得勞動生產率有了大幅度提高，使得煤礦業的產量逐年增加。

二、機電一體化技術在煤炭生產中的應用

1、機電一體化技術在采煤機中的應用

煤礦業生產過程中最重要的一個機械產品就是采煤機，采煤機的機電一體化應用主要體現在將傳統的液壓牽引方式轉化為現代的電牽引方式。傳統的采煤機結構比較復雜，而且體積比較大，移動不便，使用范圍也比較局限。目前采用的電牽引采煤機結構簡單，體積小，尺寸小，重量輕，其在為采煤機提供前進牽引力過程中，克服了采煤機移動時產生的阻力，不僅提高了生產效率，而且有效的提高了煤礦產量，充分發揮了機電一體化的絕對優勢。比如，在煤礦開采過程中，隨著開采深度的進一步加深，經常會遇到大傾角的煤層， 有的呈現 40～50 °的傾斜角，由于傾角大，要求采煤機要具備良好的制動性，坡度陡的特點對采煤機的要求十分嚴格。利用機電一體化的設備在電動機的軸端安置了防滑制動器，該裝置有很好的停電設置功能，可有效將電動機的轉矩提升1.6—2 倍，避免采煤機出現下滑的情況發生，同時將剩下的電能返回到電網中。國內研發的采煤機大多能夠熟練的使用機電一體化技術，例如MGD150N W 型采煤機，在其實際應用過程中就取得了較好的效果。

2、機電一體化技術在輸送機中的應用

輸送機的使用是煤炭生產機電一體化的有力體現。目前現代化綜合機械化采煤主要以皮帶式輸送為主，帶式輸送機作為煤礦采集中的主要應用設備，由兩個端點滾筒和緊套在上面的閉合輸送帶組合而形成的。一直以來由于其輸送量大、效率高的優點，成為煤礦井下輸送煤炭的主要設備。然而，其弊端也是顯而易見的，帶式輸送速度慢、運行也不穩定等問題一直困擾著工作人員。將機電一體化技術應用于輸送機，可以有效克服上述弊端，提高速度和效率，增強長距離輸送的容量和穩定性。當前，我國關于帶式輸送機方面的核心技術方面的研究與新產品的開發相繼取得了較好的進展，研發出了很多類型的帶式輸送機。同時，還開展了帶式輸送機的核心技術與關鍵元部件的理論研究及產品開發活動，很多運輸機具有及時故障診斷和自我保護等功能，在使用過程中如果出現軸承溫度過高、跑偏以及斷帶等故障，可以自行進行保護。例如目前應用比較廣泛的機、電、液一體化的 CST 可控軟啟動裝置，這種裝置適用于運用平滑起動來輸送荷載大、慣性強的材料或設備，可以說是專門為煤礦長距離皮帶運輸機設計的軟驅動裝置。一臺帶式輸送機可同時受到一臺或幾臺CST 驅動，解決了帶式輸送機的大運量、長距離的驅動難題，促進了煤礦開采的進度和步伐。

3、機電一體化技術在礦井安全生產監控系統中的應用

礦井安全生產監控系統是最能體現煤礦機電一體化的技術之一。我國由于煤礦機電一體化技術時間還不長，研發煤礦監測、監控系統的時間比較短，但成果是比較顯著地。例如煤炭科學研究院研發的 KJ90 系統、KJ95 系統等，這些系統都采用了Windows 操作系統，具有網絡連接功能，使得我國在煤炭安全生產監測方面有了長足的進步，無論在軟硬件功能、穩定性和可靠性、專業技術服務能力方面都已經逐步的與國際上相關的技術水平相一致。目前在我國各大、中、小煤礦的高瓦斯或瓦斯突出礦井裝備了礦井監測監控系統，有效的實現了在煤炭企業生產過程中實現在線監控、故障自診以及自動報警等功能。在煤礦生產過程中一旦出現機械故障，該安全監測系統可以及時進行報警并清楚的顯示出現的故障的部位，大大減少了維修時間。而且由于簡化了機械故障的檢查工序，不像以往檢修設備要進行停機，提高了工作效率，減少維修的費用，延長機械的使用壽命。

4、機電一體化技術在礦井提升中的應用

礦井提升是將井下煤炭運送至地面的過程，從目前來看，礦井專用提升機是目前煤礦機電一體化、自動化水平最高的設備。目前國產全數字化直流提升機已成為各煤礦提升機的首選機型，我國自主研發的第一臺全數字化的直交流提升機，核心部分就是利用雙CPU 計算機操作系統，真正做到了主、副提升機的全方位自動化。我國直徑達到兩米以上的提升機有 90% 的都是交流提升機。不僅高度可靠，而且具有可重復性故障尋址、完整的診斷設施和自診斷功能。這種全數字化的提升機采用總線的方式來達到將電氣安裝進一步簡化的目的，可以方便地實現軟啟動、軟件控制和改變瞬間加速度，進一步提高礦井提升機的工作效率。在交流提升機中，最常見的是內裝式提升機，內裝式提升機占據了非常重要的地位，該提升機將滾筒和驅動合為一個整體，是典型的機電一體化設備，從結構的角度將滾筒與驅動有機的結合，機械結構大大簡化，具有硬件配置簡單、互相兼容等特點，是機械-電力電子-計算機-自動控制的綜合體，更好的實現機電一體化。例如德國發明的內裝式交交變頻調速提升機，就是把電機和滾筒做成一體，采用直流式交流變頻裝置驅動方式，在機械結構和電氣控制方面都走在世界前列。

三、機電一體化技術的發展趨勢

隨著采掘機械化的不斷提高，機電一體化在煤炭生產中的作用越來越明顯，煤礦機電一體化的發展使得煤礦生產效率得到進一步的提升，不僅可以降低工人工作量，還有效的提高了煤炭生產的安全系數，為礦業帶來巨大的價值與效益，可以預見其在今后的煤炭生產中將得到完善和發展。盡管如此，縱觀我們當前的煤礦機電一體化現狀可以發現，與國外行業相比還有諸多不足之處。隨著諸多的新型機電一體化產品的廣泛使用，今后我們應該在在下面幾方面加強研究：一是加強科研，投入資金，積極研發具有獨立知識產權的煤礦機電一體化技術，并將其作為煤炭生產的關鍵和核心技術。二是在通信功能上要進一步加強改進，以適應煤炭生產的需要。三是積極探索煤礦機器人技術，這也是國外同行研究的重點之一。

[1]辛廣文.煤礦機械滾動軸承的故障分析與防治措施[J].價值工程，2010（36）.

[2]胡建剛.機電在煤礦機械中的應用研究[J].煤炭技術，2011（4）.

[3]郭夢涵.淺述機電一體化技術在煤礦機械中的應用[J].科技資訊，2011（3）.

[4]張旭.煤礦機電一體化技術應用探究[J].中小企業管理與科技（上旬刊），2010（6）.