概述煤礦機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用

朱家杰

摘 要：近年來，我國各行各業(yè)競相發(fā)展，依靠機(jī)電一體化技術(shù)，大幅度地提高產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和可靠性，提高制造水平，增加產(chǎn)品的應(yīng)變能力，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約大量能源和材料消耗。煤炭系統(tǒng)也在利用機(jī)電一體化技術(shù)改造舊設(shè)備和開發(fā)新產(chǎn)品方面做了大量的工作，取得一定的成效。它已使人們清楚地認(rèn)識到，機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展，是實(shí)現(xiàn)高效、安全、機(jī)械化采煤和煤礦機(jī)電產(chǎn)品更新?lián)Q代的重要途徑。本文就機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦企業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行初步分析和探討。

關(guān)鍵詞：煤礦；機(jī)電一體化技術(shù)；應(yīng)用

1.煤礦機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

我國煤礦機(jī)電一體化技術(shù)始于建國初期，電子科技的初步發(fā)展使得把電子技術(shù)和原有的機(jī)械水平結(jié)合成為了可能，一定程度上提高了機(jī)械水平，但是由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的限制，機(jī)電一體化并沒有蓬勃發(fā)展起來。20世紀(jì)70年代初，在“九五”期間發(fā)生了跳躍式變化，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的普遍應(yīng)用，機(jī)電一體化程度加深；我國不僅引進(jìn)了很多當(dāng)時(shí)國際先進(jìn)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并且研制成功了許多具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品并得到廣泛應(yīng)用[2]。近年來隨著煤礦行業(yè)的不斷發(fā)展，煤礦生產(chǎn)水平也在不斷的提高，機(jī)電工程的控制水平也要隨著行業(yè)的發(fā)展而得以提高，從而也加快了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化更加具有先進(jìn)性，尤其是21世紀(jì)以來，智能技術(shù)的開發(fā)與利用對機(jī)電一體化起到了極大的作用，并且應(yīng)用到煤礦系統(tǒng)中。

在煤礦的井下，智能設(shè)備已被應(yīng)用，例如井下智能機(jī)器人、智能化作業(yè)設(shè)備等，這些都是機(jī)電技術(shù)所提供的機(jī)械設(shè)備，但我國井下機(jī)電設(shè)備的能力不高，可靠性和檢測智能控制水平也不能達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)，這樣會影響到工作的安全生產(chǎn)。就我國目前的情況來說，煤礦機(jī)電一體化取得了很大的突破，這在很多方面都得到了提現(xiàn)，以MGD150NW采煤機(jī)的應(yīng)用為例，它不僅大大提高了產(chǎn)量，還增加了安全性；綜合液壓支架的使用不僅僅大量減輕了重力的壓力，也提高了人身設(shè)備的安全性；鋼絲繩損耗定量檢測系統(tǒng)，充分利用了計(jì)算機(jī)的作用，精確的計(jì)算了鋼絲繩的損耗程度，使安全隱患消失于無形；此外還有很多其他技術(shù)的應(yīng)用也充分體現(xiàn)了我國煤礦機(jī)電一體化的進(jìn)程，例如提升機(jī)交流電控系統(tǒng)、LC煤礦提升機(jī)綜合后備保護(hù)裝置、ZDC/30煤礦用斜巷防跑車擋車裝置等。雖然現(xiàn)在我國煤礦一體化已經(jīng)有了明顯的成就，但是和西方發(fā)達(dá)國家相比還存在著明顯的差距，整體技術(shù)水平和具體的機(jī)械設(shè)備都明顯落后，以SL500系列采煤機(jī)為例，這種智能的自動化技術(shù)在我國還沒有廣泛的流行。

2.電牽引采煤機(jī)

電牽引采煤機(jī)是機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的一個典型應(yīng)用。和液壓牽引對比，它具有以下特性：

其具備較好的牽引特性，能在采煤機(jī)向前工作時(shí)提供牽引力，讓它克服陰力進(jìn)行移動，也能夠在采煤機(jī)下滑時(shí)進(jìn)行發(fā)電制動，向電網(wǎng)反饋電能；能用于大傾角煤屋。此外牽引電動機(jī)軸端還安有制動器，從而不必借助別的防滑設(shè)備；運(yùn)行可靠，使用壽命長。電牽引不同于液壓牽引，其除電動機(jī)的電刷和整流子有磨損外，別的元件都沒有磨損，故其工作可靠，礦障少，壽命長，維修工作量??；反應(yīng)屢敏，動態(tài)性好，電控系統(tǒng)能實(shí)時(shí)調(diào)整各種系數(shù)，結(jié)構(gòu)簡單、效率高。電牽引采煤機(jī)機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)簡單、規(guī)格小，份量輕，傳動效率能達(dá)99%，比液壓采煤機(jī)的傳動效率高出將近30個百分點(diǎn)。1991年煤炭總院上海分院與波蘭瑪克公司合作，研發(fā)出我國首臺交流變頻調(diào)速M(fèi)G3442PWD型薄煤屋強(qiáng)力爬底板電牽引采煤機(jī)。后國內(nèi)有關(guān)研究單位與企業(yè)在吸納國外采煤機(jī)技術(shù)進(jìn)步。如：上海天地公司、太原礦山機(jī)械廠、西安煤機(jī)廠、雞西煤機(jī)廠等都對電牽引采煤機(jī)進(jìn)行了大量的研究開發(fā)，同時(shí)在煤礦生產(chǎn)中起到了廣泛的作用。

3.礦井安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

最能體現(xiàn)煤礦機(jī)電一體化技術(shù)之一的是礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)。我國監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用較晚，上世紀(jì)80年代初，原國家煤炭部組織了大規(guī)模地對國外煤礦監(jiān)控技術(shù)的考察和引進(jìn)工作，不僅推動了國內(nèi)監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展。而且還從法國、波蘭、德國、英國和美國等先后引進(jìn)了一批安全監(jiān)控系統(tǒng)（如DAN6400、TF200、MINOS和Senturion2200），經(jīng)過消化，響應(yīng)收同進(jìn)又結(jié)合我國的實(shí)阮情況，研發(fā)出KJ2，KJ4等安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)并通過了鑒定。

上世紀(jì)90年代以來，我國緊跟世界監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，自行研發(fā)出了一批具有世界先進(jìn)水平的監(jiān)控系統(tǒng)，如煤炭科學(xué)研究總院重慶分院的KJ90系統(tǒng)、煤炭科學(xué)研究總院常州自動化研究所的KJ95系統(tǒng)等。它們的主要特點(diǎn)有：測控分站的智能化水平進(jìn)一步提高：可與網(wǎng)絡(luò)邊接，系統(tǒng)軟件采用了Windows操作系統(tǒng)。而且，在“以風(fēng)定產(chǎn)，先抽后采，監(jiān)測監(jiān)控”12字文針和煤礦安全章程等有關(guān)條款的指導(dǎo)下，規(guī)定了我國各大、中、小煤礦的高瓦斯或瓦斯突出礦井必須裝備礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。此后，更多的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)，這不但為各煤礦提供了更多的選擇，也促進(jìn)了各廠家產(chǎn)品質(zhì)理和服務(wù)意識的提高。通過長時(shí)間的實(shí)踐，安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)為煤礦安全生產(chǎn)和管理起到了十分重要的作用。

4.液壓支架電液控制系統(tǒng)

我國研制液壓支架電液控制系統(tǒng)的起步較蟓。雖有諸多型號的電液控制系統(tǒng)液壓支架研發(fā)成功，但我國自主生產(chǎn)的電液控制系統(tǒng)的液壓支架卻還未在煤礦中廣泛的推廣使用，在高產(chǎn)高效工作方面依然是從國外引進(jìn)電液控制系統(tǒng)液壓支架。以我國目前研制的支架電液控制系統(tǒng)來年，仍處于成組程序和單架控制的起步階段。液壓支架研制的趨勢是向電液控制的方向發(fā)展，將計(jì)算機(jī)技術(shù)與液壓控制相結(jié)合，達(dá)到定硬度雙向鄰架或自動移架，避免對頂板和支架產(chǎn)生沖擊。而且，電液控制設(shè)備還可查測支架的工作狀態(tài)。美國、德國液壓支架電液控制系統(tǒng)的研發(fā)走在世界前列，它們的液壓支架技術(shù)配備有礦障預(yù)警功能，能實(shí)現(xiàn)液壓支架與采煤機(jī)、刮板機(jī)的遠(yuǎn)程控制。

5.礦井運(yùn)輸提升設(shè)備

帶式輸送機(jī)不僅能滿足長距離的連續(xù)輸送、而且具有輸送量大、運(yùn)行可靠、效率高和自動化等特點(diǎn)，已成為我國當(dāng)今機(jī)電一體化技術(shù)的研究重點(diǎn)。

5.1 帶式輸送機(jī)

我國已自行生產(chǎn)制造了多個品種類型的帶式輸送機(jī)?！鞍宋濉睍r(shí)期，由于“日產(chǎn)萬噸綜采設(shè)備”項(xiàng)目的實(shí)施，帶式輸送機(jī)的技術(shù)水準(zhǔn)得到了極大地提升，煤礦井下用大功率、長距離帶式輸送機(jī)的主要技術(shù)研究和新產(chǎn)品的研發(fā)也獲得了較大的進(jìn)步。如大傾角長距離帶式輸送機(jī)成套設(shè)備、高產(chǎn)高效順槽可伸縮帶式輸送機(jī)等；均真補(bǔ)了國內(nèi)此項(xiàng)技術(shù)的空白，并對帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)及主要部件進(jìn)行了理論探討和產(chǎn)品開發(fā)，成功的研制出多種軟起動和制動裝置。有以PLC為核心的可編程電控裝置、驅(qū)動系統(tǒng)采用調(diào)速型液力偶合器和行星步齒輪減速器。

5.2 礦井提升機(jī)

礦井提升機(jī)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化的提升，特別是內(nèi)裝式提升機(jī)，從結(jié)構(gòu)上將驅(qū)動和滾筒合為一個整體，簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，是典型的機(jī)電一體化設(shè)備。全數(shù)字提升機(jī)不僅能夠進(jìn)行可重復(fù)性礦障尋址、診斷和自診斷，而且還可以進(jìn)行簡單而迅速地通信。采用選擇總線的方式，大大簡化了電氣的安裝。其硬件配置簡單，相互兼容，零備件少，能夠輕松地實(shí)現(xiàn)軟啟動、軟件控制和改變瞬間加速度。在我國“九五”計(jì)劃時(shí)期，國產(chǎn)全數(shù)字化直流提升機(jī)是各煤礦提升機(jī)的首選機(jī)型。我國研制成功的具有自主知識產(chǎn)龍的全數(shù)字化直流提升機(jī)的核心部分ASCS的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由雙CPU構(gòu)成。除此之外，我國還研制成功了第一臺交2交變頻器供電的交流提升機(jī)。2000年11月，該系統(tǒng)在焦作古漢山礦投入運(yùn)行，情況良好。提升機(jī)由于采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，其安全保護(hù)系統(tǒng)更為完善。該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：使用兩臺計(jì)算機(jī)裝置，每臺都有自已獨(dú)立的測量、傳感裝置和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。兩臺計(jì)算機(jī)同步工作，互相檢測，互為備用，對提升行程實(shí)現(xiàn)直接測量和間接測量容器位置相結(jié)合的方式，一定程度上實(shí)現(xiàn)了行程的自動控制。因?yàn)椴捎昧擞?jì)算機(jī)，對安全回路、制動回路、電源和驅(qū)動回路能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，極大地提高了提升機(jī)安全性能。

6.其他煤礦機(jī)電一體化裝置

其他的機(jī)電設(shè)備主要為煤礦供電設(shè)備。煤礦供電的特點(diǎn)不僅要求可靠，質(zhì)量高，而且還要能滿足大功率設(shè)備的要求，因此節(jié)能型產(chǎn)品應(yīng)為首遷。高壓開關(guān)柜采用了維護(hù)量小，使用壽命長的真空開關(guān)。用集中補(bǔ)償和就地補(bǔ)償相結(jié)合的辦法提高功率因數(shù)，減少供電系統(tǒng)的無功電流，降低了無功功率損耗。目前高、低開關(guān)柜普遍采用了“微機(jī)保護(hù)”，具備網(wǎng)絡(luò)功能，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控、遙測和遙調(diào)。

7.結(jié)束語

總而言之，先進(jìn)煤礦機(jī)電一體化設(shè)備的高智能化、程序化、信息化特點(diǎn)，以及體積小、操作、維護(hù)方便、保護(hù)齊全、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)，使得這些機(jī)電設(shè)備在煤炭生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，不僅減輕了操作人員的勞動強(qiáng)度，而且還為煤礦工人提供了安全保障，極大地提高了煤礦的生產(chǎn)能力，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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