煤礦機電一體化技術應用探究

摘 要：煤礦機電一體化技術近年來在我國取得了多方面的發展和進步，對煤礦企業中改造舊設備和開發新產品起到了至關重要的作用，隨著我國煤礦業的發展，以及科學發展觀的提出，陳舊、過時的煤礦設備顯然已經不適合當下煤礦業的發展需求，而機電一體化技術又恰恰是采煤設備的重要途徑和手段。該文將從機電一體化技術在我國煤礦業中的重要作用出發，詳細探討并研究機電一體化技術在我國的應用現狀和發展前景。

關鍵詞：煤礦 機電一體化技術 應用現狀 發展前景

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（b）-0117-02

我國是一個煤炭資源豐富的國家，也是世界上用煤人口最多的國家，近年來隨著我國整體經濟的發展，開始了對煤礦行業的改革[1]。因為隨著科學發展觀的提出，人們對生態環境進行保護的意識被激發，對煤礦行業的發展模式也有了新的要求，于是機電一體化技術逐漸應用到煤礦行業中，彌補了傳統模式下煤礦企業的諸多缺點，對新時期我國煤礦行業的發展起到了推動作用。

1 機電一體化技術

機電一體化技術是一項新興的綜合技術，它是現代信心技術向傳統技術滲透發展，進而綜合了機械、電子、計算機等高科技技術[2]。機電一體化技術是現代社會高速發展的產物，也是人類社會達到一定階段的必然趨勢，它的出現依賴于信息技術，但同時也在推動著信息技術的發展。

機電一體化技術在我國最早出現是在20世紀80年代，王大珩等科學家向鄧小平建議成立國家高技術研究發展計劃，即后來著名的863計劃[3]。自此，我國相繼出現了越來越多的高新技術產業，不僅提高了我國的自主創新能力，而且迅速推動了我國的經濟發展，為我國后來的經濟騰飛起到了至關重要的作用。

如今，機電一體化技術越來越成熟和完善，正朝著智能化、網絡化、系統化方向發展，這對我國的煤礦企業來說有一定的影響，因為之前我國煤礦企業的技術設備大都比較落后，曠工勞動強度大，安全系數低，安全事故多，影響了煤礦企業的正常發展[4]。而機電一體化技術的出現，很好地彌補了這些缺點，它可以改善煤礦生產的勞動強度和工作環境，提高曠工的安全系數，降低安全事故的發生，而且在節能減排方面也體現了機電一體化作為高新技術產業的價值，為傳統產業下我國煤礦行業帶來了新的生機和活力。

2 機電一體化技術的發展歷程

就當前世界發展的歷史來看，機電一體化技術發展至今經歷了3個階段。

20世紀60年代以前為初級階段。此時由于戰爭剛剛結束，各國經濟都處于比較落后的水平，而二戰中以德國和美國為代表的將電子和機械技術結合，進而運用到軍事的做法引起了人們的關注，于是機電一體化技術逐漸由軍用領域向民用領域轉移，促進了很多國家的經濟發展[5]。但由于戰爭的影響，各國對機電一體化技術的投入力度都不是很大，資金支持也相對較少，所以導致了很多技術設備都處于比較初級的階段，產品設備的性能不夠成熟，所以在應用的領域上顯得比較狹小。

70～80年代為第二階段。這期間以美國、西歐為代表的北約和以蘇聯為代表的華約正在進行“冷戰”階段的關鍵時刻，現代很多高新技術的源頭都是在這段時期最先出現的，而且日本這時也已成為了經濟高速發展的國家，并一度成為世界第二大經濟體[6]。計算機和通訊技術就是在這段時期被廣發應用和推廣，為機電一體化技術的發展奠定了基礎。

90年代后期至今，機電一體化技術已經發展的逐漸成熟，各方面的技術也比較完善，智能化已經成為機電一體化技術最顯著的特點，極大地促進了各國經濟的深入發展。

由于我國十年文革的影響，在20世紀80年代才開始實施863計劃，機電一體化技術在我國才正式拉開序幕，經過數十年的發展，我國在機電一體化技術領域已經取得了輝煌的成就，但是與歐美國家相比，仍然存在著不小的差距。

3 煤礦機電一體化技術產品

我國是世界上用煤人口最多的國家，但也是煤污染最為嚴重的國家，人們利用煤炭進行生產生活的同時，對生態環境造成了嚴重的污染和破壞。所以在這種情況下，利用機電一體化技術研發煤礦行業的專業設備顯得十分必要。目前，我國已經研發出了以計算機為核心的電牽引采煤機和全數字直流提升機，這兩項技術已經在國內煤礦行業普遍使用，取得了非常理想的效果。此外，隨著在“天河一號”超級計算機方面取得的巨大進步，我國在計算機領域已經達到甚至超過了國際先進水平，而且在煤礦企業中已經實現了由計算機全程控制的掘進機、膠帶輸送機和礦井供電設備等一系列自動化設備，煤礦機電一體化產品的相繼出現和使用，實現了智能化和信息化，有效保障了煤礦生產的安全性和可靠性，不僅提高了工作效率，更為整個煤礦行業帶來了巨大的經濟效益[7]。

4 機電一體化技術在煤礦領域中的應用

4.1 現代采煤機械設備

傳統采煤模式中，機械設備通常采用液壓型牽引采煤機，這種設備具有性能低，使用周期短，磨損情況嚴重等缺點，但電氣牽引采煤機則很好地彌補了這些缺點，它采用機電一體化技術，在采煤過程中電氣牽引也會產生相當大的動力，在非平面作業的情況下，對采煤機能夠進行有效控制，且使用周期比較長，穩定性較強，維修成本較小，此外，利用機電一體化技術，采煤機可以在工作過程中將電能轉化為動能，這種能量轉化的效率高達100%，極大地提高了煤礦企業的生產效率[8]。

4.2 礦井運輸

礦井運輸直接關系到煤礦企業的生產效率，現代煤礦發展模式對礦井運輸的要求越來越高。在一些經驗技術豐富的發達國家，通常是以電力電子器件為核心，采用直流式交流變頻裝置的驅動方式。以德國、英國和意大利等為代表的一些國家，在采煤技術方面都處于國際領先水平。

我國近些年在煤礦行業也借鑒了發達國家的采煤經驗，實現了礦井運輸的皮帶化，甚至在一些規模較大的企業已經運用了大港強力帶式運輸機。此外，隨著我國計算機技術的逐漸成熟，在礦井運輸中實現計算機控制的技術也得到了廣發應用，這樣做的好處是在運輸機在工作過程中出現軸承倒轉和斷帶等故障時，計算機控制系統可以在短時間內實現自我恢復的強大功能，不僅節省了人工維修的時間成本，還提高了工作效率。

4.3 礦井安全生產監控系統

現階段我國很多煤礦企業的生產監控系統都不是很完善，其中問題最為突出的是監控系統中傳感器不足，穩定性能差導致了在其實際的工作過程中受到影響，并且它最致命的缺點是使用周期較短，產品維修和更新換代的速度較快，增大了企業額外的維修成本，還影響到了生產監控系統工作的正常運行。

國外一些發達國家則不同，他們在計算機領域的應用時間比我國早，技術經驗相對比較成熟。并且他們在網絡軟硬件上的更新速度非常快，可能他們已經淘汰的產品技術，在我國還沒有研究出來。所以造成了在礦井生產監控系統方面的質量較高，性能較好，在監控系統中的運用已相對成熟，而我國目前正在加緊研究相關的關鍵技術環節，爭取逐漸縮小與發達國家的差距。

5 機電一體化技術在煤礦應用領域中存在的問題

盡管近些年我國科技水平在整體有很大進步，取得了舉世矚目的成就，機電一體化技術也有了本質的改變和跨越，一些煤礦企業投入大量資金爭取將機電一體化技術運用到采煤過程中的各個環節，取得了一定效果，但我國目前依然是一個發展中國家，在機電一體化技術領域仍然屬于發展和探索階段，在很多方面與國際先進水平仍然存在一定的差距。具體來說，我國目前機電一體化技術在應用于煤礦行業中時存在以下問題。

煤礦行業是一個高危行業，很多企業為了避免安全事故的發生，確保煤礦的安全生產，制定了相當嚴格的安全管理制度，這其中就包含了與機電一體化相關的管理制度規范，出發點是好的。但是在具體執行貫徹的過程中，員工的重視程度普遍不高，企業的規章制度只是為了應付上級檢查，形式問題嚴重。負責監督的管理人員責任心不強，造成了安全隱患的增多，從而容易導致安全事故的發生。

信息社會最顯著的特點就是智能化和網絡化，煤礦行業也是如此，由于機電設備能為企業帶來可觀的經濟效益，因此這些年煤礦企業都加大了機電設備的投入。但是由于信息技術更新較慢，導致很多機電設備老化、對設備的維修工作不到位、在采煤過程中超負荷運行等，影響了工作效率[9]。

在煤礦生產過程中，機電設備的管理人員的專業素質不強，對一些操作技術要領未能深入了解，隨意性強，沒有足夠的安全防范意識等都有可能給煤礦生產帶來影響后果。

6 機電一體化技術的發展趨勢

6.1 網絡化

對機電設備采取遠程監控已經成為煤礦行業發展機電一體化技術的必然選擇。控制終端要始終保持對運行系統的控制和監視，這樣才能對井下設備的工作狀態進行檢測。我國目前在這方面做的還不夠普及，很多規模較小的煤礦企業還沒有能力實現機電設備的遠程監控，仍然以人工的方式運行整個操作系統，消耗了大量的時間成本。而一些發達國家則在采煤機上安裝調制解調器，利用電纜將信號傳到調制解調器上，然后再傳到地面控制中心，節省了大量時間，提高了工作效率[10]。

6.2 智能化

機電一體化技術發展的最終結果是實現設備的自動化和智能化，一切操作都是計算機自動完成的，整個過程無需人力的參與。現在雖然還沒有完全達到這種地步，但是只能機器人的出現已經取代了一大部分的勞動力，只是在一些關鍵技術上保留由人親自操作。這種先進的智能化模式在一些規模大，資金雄厚的企業已經成為現實了，但就目前經濟的發展水平來說，要將智能化的機電設備普及到煤礦行業的所有領域中，還需要時間的檢驗和信息技術的不斷發展。

6.3 集成化

PLC控制技術的應用提高了煤礦機電設備的控制能力，并進一步提高了機電設備的集成化水平，使得機電設備具有體積小、功能強的特點。就目前來看，煤礦生產的需求越來越大，PLC控制技術會進一步得到推廣，從而提高煤礦生產的安全性與可靠性[11]。

7 對我國煤礦機電一體化技術的思考

自從國家實施863計劃以來，我國在很多高科技領域都實現了質的飛躍，機電一體化技術作為高新技術產業的代表，同樣取得了很大的進步，盡管與國際先進水平仍然還存在較大的差距，但只要深入了解機電一體化技術的特點，對傳統產品的設備進行改造和創新，這種差距就會不斷被縮小。

在未來機電一體化技術應用領域中，計算機應成為機電設備的核心，因為在礦井中作業時，空間狹小，行動不便。而計算機的優點就在于體積小，對信息的存儲量大，并且對工作過程中發生的意外和潛在的安全隱患，能做出快速的反應，從而可以減少企業的損失和安全事故的發生。

對于應用在煤礦領域的機電一體化的新產品，要在設備上安裝信號較強的通訊功能，以便于礦井中的工作狀態能夠及時地傳達給地面控制中心，有利于機電一體化設備的遠程監控。

對于煤礦中使用的傳感器，要使其使用周期變長，同時也要向智能化、自動化方向發展，這樣就有利于傳感器在惡劣的環境中依然能夠正常的測量和分析數據信息，然后自我判斷和實行決策。

整體上依然要學習和借鑒國外的先進經驗和技術水平，查找自身產品出現問題的原因，提高煤礦產業的現代化水平，最終達到煤礦的自動化生產。

8 結語

機電一體化是現代信息社會發展的結晶，煤礦機電一體化技術是實現整個煤礦行業一體化的基礎，其智能化、自動化的特點，以及自我維護、自我調節、自我控制的生產狀態使得越來越多的企業將其作為能否在市場競爭中取得優勢的重要標準。隨著科技的發展，機電一體化技術的研究工作也在不斷的深入，煤礦機電一體化的規范性、通用性以及標準性會得到一定程度的提高，使得煤礦企業的生產質量和生產效率都得到相應地提高，更會給企業的經濟效益帶來積極的影響。

參考文獻

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