煤礦機械自動化關鍵技術研究

郭利民

（霍州煤電呂臨能化公司龐龐塔煤礦，山西 臨縣 033200）

引言

近年來，我國經濟水平不斷提高，制造業取得了突飛猛進的發展，同時機械自動化的發展也得到了加快。

自動化技術已在我國工程技術領域得到了廣泛的應用，各種新工藝和新設備層出不窮。它們的廣泛推廣和應用，不僅有助于機械工程行業的發展和進步，而且可以滿足我國技術商業化的發展需求。但是，在機械工程中使用自動化技術時仍然存在一些問題，特別是技術方面的問題。

1 煤礦機械自動化技術的應用現狀

1.1 在掘進工作面的應用現狀

煤炭開采是煤礦的主要生產活動，巷道掘進是為采煤作業作準備，這項工作的進展直接影響隨后的回采工作。最初的回采是以掘代采，這樣的工藝不僅效率低，對煤炭資源的損失量也很大，而且安全系數低，難以適應不斷增長的煤炭市場需求（圖1 顯示了2003—2013 年我國對煤炭的需求一直在增長）。現在回采巷道的掘進不僅有掘進機，還有掘錨護一體機，未來還會出現智能掘進機械。這些機械的研究開發，可以大大地減少個人的勞動強度，減少人員的使用量，大大提高安全系數，掘進速度將超過1 000 m/月，所以機械自動化技術對煤炭的開采是非常重要的。

圖1 2003—2013 年來我國煤炭進口的趨勢

1.2 在采煤工作面的應用現狀

如今，最常用的采煤機是電牽引采煤機，這種類型的煤礦機械具有很高的自動化水平。它可以根據指定的程序進行巷道傳輸，也可以手動控制，因此在煤礦生產中得到廣泛應用。隨著多年的開采，中厚煤層逐漸枯竭，薄煤層機械化、智能化開采為機械自動化技術帶來了新的挑戰。這是煤礦機械自動化技術下一步需要研究和解決的問題。

1.3 煤礦機械自動化發展現狀

1.3.1 液壓支架

液壓支架是煤礦回采工作面頂板支護主要設備。近幾年，各科研機構都在研究支架與圍巖的相互作用，采用多種手段，努力實現支架的自動化、智能化控制。目前已研發出多種使用于各類地質條件的液壓支架，其適應范圍為0.65～7.20 m、支架中心距為1.50～2.05 m、最大阻力為18 800 kN，能夠實現電液控制支架的全部動作。其中一次采全高支架參數如表1 所示。

表1 一次采全高支架參數

1.3.2 采煤機

采煤機是煤炭開采中最主要的設備。經過20 多年的研究，目前我國的煤炭開采已經基本實現遙控操作、端頭控制、電控箱面板控制等，以后也能實現智能化煤巖識別截割、故障跟蹤等功能。通過與采煤機廠家的不斷合作研發，將來的采煤機功率將越來越大，技術性和可靠性將逐步提高，厚煤層開采的采煤機裝機功率目前已突破2 000 kW 以上。

1.3.3 刮板輸送機

隨著液壓支架和采煤機的自動化技術不斷進步，對刮板輸送機的技術參數也有了新的要求，不管從制作刮板輸送機的技術、材料、工藝上都需要不斷改進，要朝著大功率、大運輸能力、耐磨損、重量輕、便于檢修的方向發展，這需要更先進的綜合技術去實現。據了解，目前霍州煤電回采工作面最大的刮板輸送機裝機功率為2×855 kW，運輸能力為2 055 t/h。

1.3.4 皮帶輸送機

煤炭的連續運輸是決定高產高效的重要環節，支架、采煤機、刮板輸送機的裝機功率在加大，如果皮帶輸送機的技術性能不能有效提高，還是不能實現高產高效的目標，因此研究功率大、運輸量大、轉速快的正向長距離皮帶運輸機是重點，而軟啟動和送帶張力變化自動調節輸送張力與張緊形成的平衡是關鍵技術。數據顯示，目前我國皮帶輸送機的最大輸送帶寬度為2 000 mm、帶速4.5 m/s、運量4 500 t/h。

2 我國機械工程自動化技術存在的問題

2.1 人才方面

無論在哪個行業、哪個企業或哪個部門，人才都是最有價值的資源，它發揮著非常重要的作用，是建設和發展的基礎。在我國機械工程自動化發展中，人才的缺乏是當前面臨的最重要挑戰之一。由于缺乏具有較強專業和創新能力的高素質人才，致使自動化技術的研究和發展緩慢，許多領域和類別均落后于發達國家，自動化技術人員的使用并不廣泛。研究表明，大多數專業人員都具有扎實的理論知識，但沒有實踐技能。目前機械制造行業非常需要具有實踐技能型的技術人才。

2.2 理念方面

從公司的角度來看，現代技術正在不斷發展。傳統的操作模式已不能滿足自動化開發的要求。公司需要不斷創新，并使用扎實的理論知識和前沿概念來改善公司治理與運營效率，促進整個行業的發展和進步。但是，我國的自動化技術仍然采用傳統的閉環數控系統，缺乏技術創新的能力，管理模式也有待改革。

2.3 投入方面

技術研發和產業發展都需要資金與資源的支持。當前，自動化生產技術在其應用中仍然存在嚴重的局限性，這主要是由于我國缺乏對技術創新和研發的投資，以及相關的研究程序。許多疑問和問題都缺乏有效的激勵政策，因此對技術進步、應用和研發的熱情不高。

2.4 技術方面

我國煤礦回采工作面的成套裝備，雖然也具有很強的技術實力和份額，但和先進的采煤裝備相比，還有一定的差距，其中采煤機還沒有實現全過程記憶割煤、遠程控制、煤巖識別等技術；液壓支架還不能完全實現全工作面跟機自動化作業等；刮板輸送機在軟啟動、關鍵元部件及在線故障診斷等方面還存在不足；帶式輸送機還在自控張緊技術、自動化監控等方面存在不足。除此之外，還存在各種設備之間不能實現聯動控制、通信平臺之間不能無縫連接等技術。

3 結語

隨著科學技術的不斷發展，將自動化技術用于煤礦開采變得越來越普遍。它不僅在許多領域發揮了巨大作用，而且在經濟和社會發展中發揮了非常積極的作用。在我國煤礦工程自動化的發展過程中，為了提高自動化水平、發展自動化技術，首先必須了解自身存在的問題，然后針對具體問題提出有效的解決方案。