礦業機電一體化技術研究進展

聶升擴

（山東新查在礦業有限責任公司，山東 泰安 271600）

機電一體化技術不僅對微電子技術與機械技術進行了集合，還深度融合信息與計算機技術的相關技術，從而將電子相關技術深入融合至機械的動力以及主動等結構中，因此，機電一體化技術是一項新的綜合技術。在推行礦山綜合自動化開采的過程中，礦業機電一體化技術是基礎性的技術，并且其能夠為礦業企業信息化提供技術方面的支撐；通過廣泛應用礦業機電一體化技術，可以有效提高礦業開采的清潔性、安全性以及高效性，從而實現礦業工業生產進行優化[1]。

1 開展礦業機電一體化技術研究的重要意義

1.1 提升礦業開采企業的勞動效率

目前，部分礦業開采企業在未大規模應用礦業機電一體化技術時，其生產效率遠落后于行業的平均水平，并且部分企業在生產的各個環節中，依然以手工作業作為主要的生產方式，這樣不僅會加大生產人員的勞動強度，同時也難以提升企業的生產效率。在機電技術快速成熟的過程中，礦業生產行業初步實現了機械化，但是生產人員依然需要進行長時間的體力勞動，例如：回采工藝已經初步實現了機械化，可是該種方式的勞動量極大且效率低，因為支護放頂等工作仍然需要以人工的方式操作。

1.2 提高礦業生產的安全性

在礦業開采與運輸的過程中，經常會發生各類安全事故，例如：在2019年1月12日，陜西省榆林市神木市某礦業公司礦井現場發生粉塵爆，并且造成了21人死亡的慘痛事故。因此，礦業開采與運輸工作的安全性，其不僅會影響到礦產企業的綜合收益，也會關系到每一位礦業生產員工的安全。由于礦業機電一體化設備具有較強的防爆性能，并且其生產安全的方面，也有相應的技術標準，因此礦業機電一體化技術不僅可以為企業的順利生產提供保障，也能為職工生命財產及國家資源保駕護航。

1.3 提高職工的綜合收入

目前，部分礦業開采企業的生產效率較低，并且礦業的開采質量也處于較低水平，這樣便會因為生產量以及銷售價格的影響，使得企業長期處于經濟效益較差的狀態，從而導致職工的收入無法得到保障。通過應用礦業機電一體化技術，可以大幅度提高企業的礦業開采數量與質量，從而在增加礦業企業自身收入的同時，還能顯著提升礦業開采員工的收入。此外，通過廣泛應用機電一體化設備，還能促進相關設計及制造行業的發展，這樣也能夠通過產業興起的方式為社會提供更多就業崗位，從而促進整個礦業行業經濟的良性發展。

2 礦業機電一體化技術研究歷史

在上世紀70年代，我國便出現了機電一體化技術的萌芽。在1970年我國第一套綜合機械化采礦工作面進行了試驗并取得了成功，而該設備由我國自主設計研發并制造。在上世紀80年代的中后期，由于我國社會對于礦業的需求量快速增加，同時綜合機械化采礦又取得了重大成果，這也使得國內礦業機電一體化技術得到了快速發展，例如：在上世紀80年代時，由于礦業機電一體化技術的進步，使得采礦機從液壓牽引已經轉變為電牽引的方式，這樣也極大降低了礦業開采的能源消耗量[2]。

圖1 電牽引采礦機結構

在上世紀90年代中期，隨著機電一體化技術的不斷應用與更新，支架電液微機等相關技術得到了深入的研究與應用，并由此推動了我國高功率電牽引采礦機的出現。在本世紀初期，我國在機電一體化技術方面又取得了重大成果，這也為礦業安全生產的有效監控提供了技術保障。雖然，我國在礦業機電一體化技術方面取得了眾多成果，但是與發達國家相比而言，技術水平仍存在著較大差異。此外，由于我國的礦業工業起步較晚，因此電子、機械、化工以及冶金等相關行業基礎較為薄弱，這樣就會使得技術研發效率、資金投入以及應用范圍受到了較大限制[3]。

3 礦業機電一體化技術的現狀

（1）電牽引采礦機。目前，在礦業開采的過程中，已經廣泛應用了電牽引采礦機，而該采礦機也是我國機電一體化技術的重要研究成果。電牽引采礦機與傳統的液壓牽引相比，其具有牽引特性好、可應用性強、可靠性高、結構簡單且效率高等優點；①牽引特性好。電牽引不僅可以為采礦機提供前進動力，還可以在采礦機下降時提供制動動力，這樣便能夠有保采礦機能正常作業。②可應用性強。傳統的液壓牽引方式，難以開采大傾斜角度的礦層，而電牽引方式由于電動機軸端配有自動系統，并且電動機額定轉距與制動力矩比為1：2.0，這樣便能夠開采大傾角的礦層，因此電牽引比液壓牽引具有更高的適用性。③可靠性高。由于電牽引僅在電動機的整流子以及電刷部分會出現磨損的情況，因此電動牽引會比液壓牽引具有更高的可靠性。④結構簡單且效率高。由于液壓牽引采礦機使用了大量的機械傳動結構，這就使得其結構更加復雜且傳動效率較低，而電牽引采礦機其尺寸小且傳動結構簡單，所以，電動牽引采礦機的傳動效率與液壓采礦機相比，其效率會提升20%～25%。MG344-PWD是第一臺國際合作研發的電牽引采礦機，而該設備也為后來的國產電牽引采礦機提供了技術基礎，而在該設備的成功研發與應用中，國內的先進單位及企業對其進行了二次開發，從而生產出了MG250/550-BWD等多種擁有自主知識產權的產品，這也進一步促進了我國礦業生產行業朝著集約、自動化的方向發展。

（2）液壓支架電液控制系統。在上世紀90年代中期，我國成功研發了第一代液壓支架電液控制系統。雖然，第一代國產液壓支架電液控制系統并未廣泛應用于礦業實際開采中，但是該控制系統的誕生，也為國產液壓支架電源控制技術的創新與升級提供了基礎。目前，我國的電液控制系統依然依賴于國外進口，而國內的液壓支架研制方向正在逐漸朝著電液控制方向快速轉變；通過液壓控制與信息系統的深度融合，可以快速實現定壓雙向鄰架，這樣便能夠避免支架與頂板產生巨大的沖擊載荷。

（3）安全生產監測監控系統。在礦業機電一體化技術研究的過程中，安全生產監測監控技術已經成為了重點的研究方向。由于我國在安全生產監測監控系統研究時間較短，因此我國便進行了大規模的技術引進與考察；在上世紀80年代初期，我國引進了TF200以及DAN4600等安全監控系統，并在實際應用的過程中，開展對安全監控系統的深入研究，并最終推出了KJ系列的國產安全監控系統，例如：KJ100安全監控系統因為具有系統初始化、人機對話以及報警等功能，因此該系統也得到了較為廣泛的應用。

4 礦業機電一體化技術的發展趨勢

目前，機電一體化技術正在朝著智能化信息化的方向發展，例如：MGTY300/700電牽引采礦機便深入應用了信息化技術方面的成果；MGTY300/700電牽引采礦機內部裝有多種傳感器，同時也有深入應用信息技術方面的成果，因此其具有遠程遙控與保護等多項功能。此外，我國在機電一體化技術研究與應用的過程中，也誕生了大量新的提升機，例如：全數字變頻提升機不僅研制成功，同時也實際應用至了礦業開采行業中，并且該類產品還在不斷的升級與改良中。在礦業機電一體化技術繁榮的背景下，也誕生了其他眾多的衍生產品，例如：壓風機、水泵以及礦井供電設備等，并且此類設備在機電一體化技術的支持下，也為我國礦業事業發展發揮著巨大的作用。但是，國產的礦業機電一體化設備仍存在著較多的問題，例如：僅有少部分設備具備通訊功能，這樣就會讓整個生產系統形成了信息壁壘，從而讓信息不對稱而產生的安全事故不斷發生；此外，部分設備還存在自動化水平及零部件國產化低的問題。基于此，我國政府也在努力的推進礦業機電一體化技術的研發與應用，并制定了如下的目標：①采礦、運礦等一體化發展的目標。②信息調度與監管一體化的發展目標。③機電一體化設備高智能化、高可靠性的發展目標。④機電一體化設備高效率、低能耗、低污染的發展目標。

5 結語

綜上所述，礦業機電一體化技術是多種技術共同發展的成果，并且該類技術的出現，也有利于實現微電子以及自動化控制控制等相關技術融合。通過將礦業機電一體化技術應用至礦業生產行業中，不僅能夠提高礦業企業的綜合效益，還能夠進一步提高企業機機械一體化水平，并由以此進我國礦產開采行業的進步。