綜述機電一體化技術在煤礦中的應用

劉根民

摘 要：機電一體化技術運用在煤礦中，推動智慧礦山建設，實現對傳統煤炭生產的轉型改革。本文主要介紹了機電一體化技術在煤礦中的運用，分析機電一體化技術在掘進機、支護設備、采煤機、運輸機以及監控系統等方面的應用。

關鍵詞：機電一體化技術;煤礦機械;智慧礦山;自動控制系統;轉型改革

引言

當前世界高速發展，煤炭是工業建設的基礎能源。為了滿足我國能源的需求，如何高效的開采、利用煤礦資源一直都是重要的研究課題。煤礦機電一體化技術便是將電工電子技術、電氣、計算機設備與機械相結合，實現煤礦的信息化、自動化以及智慧化等多元化。在煤礦中運用機電一體化技術提高了煤礦的生產效率，保障煤礦的生產安全，優化煤礦資源的利用，對高效的開采和高效利用煤礦資源具有了重要戰略意義。

意義

將機電一體化技術應用在煤礦事業中，加速了智慧化礦山建設，實現了傳統煤炭生產的轉型升級。有效地降低了安全生產的成本;提高了安全生產效率;減小了勞動強度;提高了安全系數，有效地保證了作業人員的生命安全[1]。

一、機電一體化技術的內涵

（一）信息處理技術

利用計算機程序編制、Algorithm處理，從而下達各種指令，通過硬件系統實現電子元件與機械的有效聯系，從而達到煤礦設備的信息化、自動化以及智慧化等多元化。

（二）檢測傳感技術

通過各種傳感器及各類軟件的有機結合，實現檢測與傳感的功能。機電一體化設備中，高效先進的傳感系統可以根據傳感器反饋來的信息對煤礦設備的系統進行控制[2]。在煤礦機電一體化設備中，一旦傳感器失效，就會造成很多控制系統不能準確的檢測控制對象的相關參數，無法進行有效地反饋，也就無法實現自動控制和自動操作，實現智慧化。因此傳感技術水平的高低直接影響著機電一體化的技術的發展，智慧化礦山的建設。

（三）自動控制技術

由于煤礦井下作業環境惡劣，存在危險因素。所以為了更加有效地安全生產，自動控制技術便成了煤礦生產中機電一體化技術中必不可少的技術之一[3]。自動控制技術主要有四類，分別為：位式控制、積分控制、比例控制以及微分控制四大類控制。實際運用則是根據不同的要求設計不同的自動控制技術或是自動控制組合技術（例如，比例–積分控制、比例–微分控制、比例–積分–微分控制等）。

（四）系統集成技術

系統集成技術是將機械、信息數據，自動控制集成于一體，實現自動控制有效運行的技術[4]。

二、機電一體化技術在煤礦中的運用

（一）機電一體化技術在煤礦掘進機中的應用

掘進機是煤礦生產作業中極其重要的機械設備。因此在掘進機中應用機電一體化技術是非常有必要的。它可以有效地提高掘進生產作業的效率。在煤礦掘進機中常將電氣系統與液壓系統有效地結合形成協同作用，從而達到機、電、液一體化的高標準[4]。其中電氣部分主要有：安全操作箱、礦用防爆電鈴、防爆燈以及礦用防爆開關集成箱等一系列裝備[5]。通過電氣元件，可以實現人機交互功能。利用PLC可編程控制器為關鍵核心，實現對各種硬、軟件的時式監控、檢查以及保護。將各種硬、軟件的運行狀況、電氣參數以及故障信息顯示出來。在整個系統中，機電一體化技術運用表現出了傳統機械中不具備的優勢。安全性、可靠性以及各種構件之間的協調溝通性明顯增強。

（二）機電一體化技術在煤礦支護設備的應用

目前，我國煤礦生產作業中，傳統的支護設備常用的大多都是液壓支架。但是隨著現代化工業技術的發展，智慧化生產技術的提高，機、電、液一體化綜合智能控制支護設備應用越來越多。機、電、液綜合智能控制技術也是機電一體化技術的體現。它主要是將計算機控制技術與液壓控制技術有機結合在一起，形成定向壓力和雙向移動自動荷載，造成對頂板和支架沖擊，從而提高支架承受頂板的負荷沖擊能力[6]。同時也提高作業速度，有效地實現了支護作業的監控能力。一旦某個支架出現故障，通過計算機控制系統也可以及時的反映給工作人員，實現人與人，人與機，機與機的協調通訊。

（三）機電一體化技術在采煤機中的應用

將機電一體化技術運用在采煤機中，大大提高了傳統采煤機的工作性能。經科研人員的不斷研發，我國將機電一體化技術運用在采煤機中研發的電牽引采煤機也逐步走向了成熟。大同煤礦集團公司煤峪口礦就采用此類電牽引采煤機。此類電牽引采煤機的主要特點有以下幾個方面：

（1）可以為采煤機前進所需提供足夠的穩定良好的動力。能克服外界的阻力，順利移動，自動控制系統一旦發現采煤機出現下滑、滯后等一系列情況，還能立即發電制動，還能通過電網反饋電能[7]。

（2）在大傾角煤層作業條件下也可以正常作業。設計的制動力矩是電動機額定轉矩的4倍左右。因此，此類具有機電一體化技術的電牽引采煤機，能夠不用附加任何防滑設備的情況下，在傾角約為50°的煤層中正常工作。

（3）與傳統的采煤機設備相比這類電牽引采煤機的反應靈敏度和動態性也顯著提升。電氣控制系統和計算機控制系統可以隨時進行參數調整。

（4）運行安全穩定，機械結構簡單，工作效率高。機械機構設計簡單，尺寸比傳統采煤機設備小，搬運、移動、操作更加靈活[8]。此類電牽引采煤機只需要進行一次電能與機械能的轉化，所以轉化效率提高，可達99%左右，節能環保，運行穩定。

（四）機電一體化技術在輸送機中的應用

在我國煤礦生產作業過程中，帶式輸送機是重要的輸送設備。因此，將機電一體化技術運用到輸送機中，提高輸送機的性能也是一個重要的研究課題。輸送機的電氣運行和電氣控制系統必需要滿足高效性、穩定性、環境適應性、設備的抗干擾性，以及長距離帶式輸送機的安全性。大同煤礦集團公司煤峪口礦運用的運輸機利用CST可控軟啟動裝置，采用機、電、液一體化技術，實現軟驅動裝置。有效地提高了煤礦的運輸效益。也有用永磁調速驅動代替CST技術。目前，我國研制的輸送機主要是以PLC為控制核心，采用行星輪減速器和調速型液力耦合器來實現驅動系統[9]。

（五）機電一體化技術在提升機中的運用

當前，機電一體化技術在煤礦井下提升機中應用非常廣泛。借助PLC可編程控制器對提升機進行多功能控制，并改善其性能，來確保煤礦井下提升機的安全運行。目前，在煤礦生產作業中，應用最多的是數字化交直流提升機，將滾筒與驅動有效地結合在一起，充分體現了機械——計算機——電工電子——自動化控制有機的結合起來。我國曾自主研發是以ASCS為核心部分，由CPU為控制系統的全數字提升機，已在煤礦開采中得到廣泛應用。同煤集團煤峪口礦目前主要采用ASCS為核心的全數字提升機。并取得顯著的效益。為PLC可編程控制器對提升機控制示意圖。

（六）機電一體化技術在監控系統中的應用

在煤礦生產中，作業人員的安全問題是保證煤礦順利生產的前提。所以機電一體化技術在煤礦安全生產檢測的應用也是非常重要的研究方向。由于我國對機電一體化產品研發、運用起步晚，所以在煤礦安全生產監控應用技術不夠成熟。但是近年來，我國不斷地加快現代化進程步伐，向打造智慧化礦山建設靠攏，主要是以智能化監控煤礦安全生產。

三、機電一體化技術在煤礦未來的發展

（一）微型化

我國自發研制的機電一體化設備，以體積小，操作方便，安全性高，可靠性高等優點在煤礦生產作業中廣泛運用。不但提高了煤礦企業的生產效率，生產能力，而且也創造了巨大的經濟效益和社會效益。但是我國機電一體化技術還是發展不完善，對機電一體化設備的研究依然是刻不容緩。其未來的發展趨勢是：精細化，微型化。微電子技術如今發展迅速，開發有自主知識產權的配套型核心技術，尤為重要。[10]

（二）模塊化

模塊化可以提高產品的通用性，提高產品的可維修性和可擴展性等。煤礦井下生產作業，由于各種因素影響，煤礦井下設備復雜度高，所以提高煤礦機電一體化的模塊化，對設備的維修，管理，以及互換型具有重要意義，可以有效地提高作業效率等。

（三）綠色化

由于煤礦生產對環境造成不同程度的破壞與污染，那么研究綠色化機電一體化設備具有了重要意義。通過機電一體化技術提高了，煤礦生產作業的智慧化程度，降低機械化原材料的消耗，不斷減少對環境污染破壞，也為可持續發展提供了保障。

（四）智慧化

智慧化是一個知識處理系統。實現人工智慧技術在煤礦生產作業中的運用。加大對工業機器人的研發，以及煤礦井下機器人的研發，具有里程碑的意義。

四、煤礦機電一體化技術的運用策略

煤炭資源無論在什么時代都是非常重要的能源。進行科學的煤礦生產就顯得尤為重要。為了使機電一體化技術在煤礦生產中科學的運用，就需要按照煤礦機電一體化技術運用策略來完成。

（一）建立和完善管理體系

機電一體化技術在煤礦中運用，管理體系是必不可少的內容。在很多方面都會產生很大影響。在日本、德國、美國等企業管理體系發展的比較成熟。我國很多煤礦企業對管理體系不注意，對于很多安全隱患不發現，不分析。對于煤礦的長久發展產生了很大的阻礙。煤礦機電一體化設備是煤礦向綠色化、智慧化發展的基礎。對于機電一體化技術在煤礦中的應用，必須要建立完善的管理體系，才能更好地促進煤礦發展長治久安。

（二）提高作業人員的素質

為了在未來煤礦企業可以更加科學的快速的發展，對于煤礦作業人員的素質培養也應該不斷地提升，同煤集團建立了完善的“1311”人才戰略，以及建立了人才儲備庫等一系統戰略措施。有效提高同煤集團的人員素質。堅持加大對煤礦作業人員對機電一體化技術等高效技術做出科學高效的培訓是具有重要意義。

（三）加大機電標準化的管理

目前機電一體化技術在煤礦中已經進行了科學的應用，取得了非常好的效果。在同煤集團公司運用了大量的高效性智慧化機器人作業，極大的提高了無人化礦山的建設，促進了機電一體化技術的發展。在未來的工作中加大對煤礦機電一體化設備的標準化管理。依照正確的規范、規程以及國家政策，進行管理操作，研究應用。

五、結束語

機電一體化技術在煤礦生產作業中的運用，保障了勞動安全，減輕了勞動強度，改善了煤礦的生產方式，提高了工作效率，提高了企業的效益。推動了煤礦企業的平穩可持續發展，加強了我國綠色礦山、智慧礦山的建設，實現了對傳統煤炭生產的轉型改革。

參考文獻

[1]徐燕軍.淺議掘進機機電一體化在煤礦發展中的作用[J].中國科技博覽，2014（15）.

[2]李榮昌.機電一體化技術在煤礦機械中的應用研究[J].煤炭技術，2013（8）：34–35.

[3]劉海濤.淺析煤礦機電一體化技術的應用[J].中國科技博覽，2015（33）：364–365.

[4]王龍.機電一體化技術在煤礦機械中的應用[J].機械管理開發，2017（4）：158–159.

[5]許彥鵬.機電一體化在煤礦中的應用分析[J].中國科技博覽，2015（7）：273–274.

[6]羅春輝.淺談機電一體化在煤礦機械中的應用[J].煤炭技術，2013（23）：46–47.

[7]李愛芝.機電一體化在煤礦中的應用分析[J].企業導報，2011（8）：45.

[8]趙鵬舉.機電一體化技術在煤炭生產過程中的分析[J].山東工業技術，2018（20）：78.

[9]梁朋朋.煤炭機電一體化技術探討[J].機電管理開發，2017（02）：150–152.

[10]莫斌.機電一體化技術在煤礦機械中的應用分析，2018（14）：113.