淺談煤礦采煤技術的發展與采煤自動化技術

趙永剛

【摘 要】現階段，自動化技術在煤礦領域中的應用越來越廣泛，要提升煤礦開采的自動化水平，就必須從采煤、掘進、運輸等全方位做好自動化技術的裝備更新，才能使整個煤礦開采行業處于自動化技術應用的先進行列，才能有效的提高整個煤礦行業的總體生產能力。

【關鍵詞】煤礦；采煤技術；發展；自動化技術

一、國內的采煤機應用分析

在國外的煤礦開采中，液壓支架的電液體控制系統得到了廣泛的應用。這項系統是綜合開采機械操控中實現高效和高產的主要技術力量。如何能夠有效的推進電氣自動化技術在煤礦開采中的使用范圍，是國內煤炭行業得到長遠發展的主要動力和方向。從我國目前的煤礦開采情況來看，地質條件越來越復雜，而煤炭需求量又越來越高。那就必須從實際情況出發，加強對煤炭新型自動化技術的應用分析和研究，并且注重對采煤設備的更新和功能升級，確保通過技術力量來改善當前的煤礦開采難度和精確度。

二、采煤技術的綜合發展

1.運輸技術的應用

在綜合性機械化煤礦開采中，刮板輸送機是最常用的設備。該設備除了運輸煤炭外，還能夠在環境搭設初期和結束后進行采煤機械設備中軌道運行，支架的支點使用。并進行已經固定的采煤機的有鏈裝置拉緊，無鏈牽引的固定等。同時，還能夠對工作面的煤渣進行清理。協助放置電纜，水管及乳化液膠管等。

2.采煤技術發展中的裝備

設備上多以橫向布置的電機，通過變頻變速來做無鏈牽引等。其設備特點主要為主機架為整理或者大框架焊接，剛性強，安裝獨立，部件之間無動力傳遞，各作用力都有主機架承受。搖臂采取與主機連接懸掛的形式，不存在回轉，運作功率大，轉速低。銷排式的無鏈牽引系統，作用力大，工作平穩，能夠適用于底板起伏不平的工作地面。設備的運行靠的是計算機控制，比較簡單易于操作，能夠通過顯示器進行狀態的實時監控。煤礦環境中的設備運行狀況都以中文內容進行準確的顯示，比較適合國內煤礦企業的實際運用。

3.機械化的采煤技術工藝發展

采煤機械化在工藝實施上主要是通過短臂開采，長臂開采或者兩者的相互協作來進行的開采。（1）短臂的開采主要是進行上下兩個端頭的快速開采作業和進行的巷道回采的機械化快速割煤。這種工藝常用在中小規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備形成的一種開采方式。工作面的布置以回風及運輸平巷，開切眼組成，具有良好的通風系統。通過增加長壁工作面長度就能增加一刀割下的煤炭量，從而避免了對進刀及端頭作業的長時間影響，極高的提升了生產量。綜采長度以每日產量最低為標準，制約長度的因素是施工地質環境或者刮板輸送機的具體鋪設距離。（3）綜合開采技術是煤柱回采的新型方式，主要是針對已經成型的巷道巷柱內進行長壁工作面的設置。綜合開采在國家的中小型煤礦開采中具有非常重要的實用價值。

三、自動化系統在煤礦采煤中的應用

1.試驗臺機械結構及總體布置

變速器試驗臺是一個綜合了機械、電氣、液壓原理的機電系統。其具體工作原理是驅動電機連續輸入額定轉速和扭矩，以模擬變速器在煤礦采煤工作中的輸入工況。由于驅動電機最高轉速的限制，往往無法達到發動機最高轉速的要求，因此，在驅動電機后加入一個升速齒輪箱，以滿足采煤系統的試驗能力要求。為了更接近礦區采煤的真實工況，在變速器輸入端增加一個慣量盤，其旋轉時的轉動慣量與在離合器飛輪和傳動軸旋轉時產生的轉動慣量相同。試驗臺的末端是加載裝置及其匹配的冷卻系統，它能給變速器施加阻力矩，以模擬設備采煤時的負載和道路阻尼。

2.驅動設備的選擇

驅動設備需要給試驗變速器輸入試驗所要求的轉速和扭矩，驅動設備可以采用內燃機，也可以采用電動機作為輸入動力源。兩種不同的動力源均有其各自不同的優缺點。采用內燃機作為采煤系統驅動端，使得試驗更加接近變速器在采煤應用中的實際工況。但是內燃機也有較多缺點，比如噪聲大，產生的廢氣污染環境，而且內燃機轉速和扭矩不易控制，會導致試驗結果產生較大的誤差。采用電動機作為試驗臺動力源有噪音小、占地面積小、啟停方便、無污染、易于控制等優點。正是因為采用電動機作為試驗臺動力源具有較多的優點，目前電動機已經廣泛應用在各種煤礦傳動系統試驗設備上。

3.加載裝置的選擇

加載裝置在整個采煤系統中為被測變速器施加負載轉矩，目前主流的工業設備一般采用測功機作為加載裝置。測功機一般用于測試發動機的功率，也可作為齒輪箱、減速機、變速箱試驗設備的負載裝置。測功機主要由功率吸收、負載調速、轉矩調節和冷卻部分組成。根據負載轉矩輸出方式的不同，一般可以將測功機分為水力測功機、電力測功機和電渦流測功機三種。自動化采煤系統一般采用開式布局，在保證試驗需求的情況下，基于上表的三種測功機的性能對比，采用電渦流測功機較適合于基礎的自動化采煤系統。該文采用一臺長沙湘儀動力測試儀器有限公司生產的CW-150系列電渦流測功機作為研究對象，其額定吸收功率為150kW，額定扭矩為520N·m，額定轉速為2500rpm。

4.發動機速度特性分析

該文所建立的自動化采煤系統模型，選用交流異步電機作為試驗臺架的驅動系統，驅動試驗變速器及負載機構的運轉。這里所選用的驅動電機應能完全覆蓋被測變速器所匹配采煤設備發動機的全部性能和運行工況，同時還應具備轉速和轉矩的調節能力。為了使試驗結果更加準確，這里我們先要對發動機的速度特性進行簡要分析，從而為異步電機參數的確定提供理論依據。

5.驅動電機主要參數的確定

在確定了采用交流異步電機作為驅動電機之后，就必須確定驅動電機的各種參數，從而完成異步電機驅動的變速器試驗臺動力學仿真。而部分電動機參數的確定必須參照發動機相關參數的確定原則，這樣才能提高驅動電機模擬發動機驅動的精確度。對于任意的一臺異步電機，它的參數例如定子電阻、轉子電阻、定子漏感、轉子漏感、定轉子互感、電機極對數以及轉子的轉動慣量等是異步電機所固有的參數，需要通過電動機試驗進行選定。而對于額定功率、額定轉速和額定轉矩等動力學參數，需要根據電動機所使用的特定場合進行選定。由于這里是用異步電機模擬汽車發動機作為驅動源，則其動力學參數參照發動機的參數確定則。

四、結語

綜上所述，機械自動化技術在煤礦生產中的應用，對于提高煤礦生產效率及生產安全性發揮了重要的作用。通過機械化作業可以大大節省人工勞動，將各種機械綜合化使用，能夠有效提高采煤量。煤礦企業應該注意自身生產管理方式的改進，促進技術創新，推進煤炭生產行業發展。總之，電氣自動化對煤礦企業的生產具有至關重要的作用，在煤炭資源如此稀缺的今天，企業需要不斷創新技術，為我國煤礦開采事業的發展保駕護航，增強煤炭企業可持續發展和整體競爭力。

【參考文獻】

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