機電一體化技術在煤礦機械設備中的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

鄭 勇

（遼寧煤機裝備制造（集團）有限責任公司）

礦山設備的效率在采礦企業(yè)中起著重要作用，且與整個礦山的安全密切相關［1-3］。其中，設備運行的關鍵是完美的采礦機電系統(tǒng)控制，因此電子技術是煤炭生產(chǎn)不可缺少的一部分。電子技術自20世紀70年代應用于礦山機械，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已被廣泛應用于煤礦開采過程的各個環(huán)節(jié)，大大地提高了礦山機械的可靠性。

1 機電一體化技術的發(fā)展過程

1.1 技術歷程

20世紀70年代，礦業(yè)行業(yè)首次實施了電子技術的應用，標志中國的機電技術取得了歷史性的飛躍。在這一階段，我國制造和設計了第1臺綜合機械化長壁采煤機。與此同時，經(jīng)過不斷地研究和改進，誕生了大功率電動聯(lián)合煤礦機械設備，大大地提高了我國機電技術的質(zhì)量，而生產(chǎn)效率的提高，十分有利于我國煤炭工業(yè)的發(fā)展。

21世紀初，機電一體化技術再次得到巨大的發(fā)展，不僅進一步保證了礦山的安全和技術水平的提高，還進一步提高了礦山的生產(chǎn)效率。實際上，我國的煤礦機電技術在當時還沒有達到國際水平；不僅如此，我國的煤炭工業(yè)基礎較弱且發(fā)展時間較短，這與我國煤炭行業(yè)的管理水平、技術人員素質(zhì)、投資規(guī)模、技術應用范圍等都有較大關系。

1.2 技術概況

機電一體化技術已成為當前采礦過程中最重要的組成技術之一。該技術結合了控制技術和機械技術等多種高級技術，可以大大增強礦山機械的各種功能，如可靠性等，且可以有效地延長設備的使用壽命。

不僅如此，還可以大幅度降低采礦企業(yè)的生產(chǎn)成本。從當前的角度來看，以微型計算機為技術中心的控制設備和電子技術的應用范圍涵蓋了采礦機，且在該方面發(fā)揮了十分重要的作用，從而有效地實現(xiàn)了煤炭工業(yè)的快速發(fā)展。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，施工項目的多樣化需求將越來越大，意味著將會對礦山機械設備的效率提出更高的要求。因此，為了滿足日益增長的需求，電子控制設備的保養(yǎng)狀態(tài)則會顯得更為重要。當前，煤礦機電一體化的在線監(jiān)測、自動報警與故障診斷系統(tǒng)構成如圖1所示。

2 機電一體化技術在煤礦開采中的作用和意義

2.1 生產(chǎn)效率提高

相較于20世紀煤礦開采的工程效率而言，現(xiàn)代的煤礦開采繼續(xù)采用機電一體化技術，在各方面的機器設備都更加先進，開采效率和質(zhì)量均有較大提高。

2.2 機械設備可靠性提高

機電一體化技術包含了許多種現(xiàn)代先進的技術，使得機器設備在煤礦開采上更加的精確，能夠使開采更加的精確可靠，能夠有效提高煤礦機械設備的可靠性。

2.3 安全性提高

（1）礦山機電一體化技術運用在煤礦開采中，能夠減少人工的數(shù)量，同事降低了人工的勞動強度。

（2）運用機電一體化技術，對于機器設備而言，增加了它們的智能性，特別是一些危險的工作，機電一體化技術的設備可以代替人工操作，大大增加了工人的安全性。

3 技術應用現(xiàn)狀

3.1 采煤機

現(xiàn)階段，煤礦機械在煤礦中的地位非常重要，已成為采礦公司必須擁有的重要機械之一。煤礦機械的工作效率不僅會對礦山的生產(chǎn)效率產(chǎn)生非常重要的影響，而且與企業(yè)的利潤有著密切的關系。如今，電牽引聯(lián)合收割機取代了液壓牽引收割機，已成為機電一體化技術在收割機中最特殊的應用。它們解決了煤礦綜采設備工作時遇到的阻力問題，當機器以不安全的方式打滑時，制動過程就完成了。

目前，電力牽引已經(jīng)取得了長足進步，能夠確保其他機器和人員的安全。例如，在礦井的采礦過程中，由于操作試驗次數(shù)的增加，需要使用制動效率高的聯(lián)合收割機。電動牽引采煤機具有良好制動效果的原因是使用了電動機的集成技術，軸端配備了高性能的斷電功能。

3.2 掘進機

掘進機作為礦山生產(chǎn)過程中重要的機械之一，是礦山生產(chǎn)過程中不可缺少的機械。掘進機電氣隧道系統(tǒng)主要包括①防爆照明；②防爆電鈴；③本質(zhì)安全的開采工具箱；④防爆和本質(zhì)安全的配電箱。

在正常情況下，結合使用隧道電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)，可以共同完成機器的運行，從而大大提高隧道掘進的效率，并提高安全性。機電一體化技術在掘進機上的使用具有2個主要優(yōu)點:①自動掘進機技術已經(jīng)能夠完成切割電動機功率的自動控制；②可以做到行進方向的智能監(jiān)控以及對切割面尺寸的監(jiān)控。

3.3 支護設備

在傳統(tǒng)施工模式中，礦山機械主要采用的是液壓輔助，后來才引入機電一體化技術。該技術將計算機技術與舊的液壓技術有效結合，最終產(chǎn)生了一種新的雙向相鄰機架恒壓技術。未來，這一連接將不僅可以避免撞到頂板和支架，還可以在短時間內(nèi)移動很長的距離。

此電液雙控系統(tǒng)還可以對支架的工作狀態(tài)起到重要的監(jiān)控作用。具體是指通過檢測液壓支架內(nèi)高壓下的液體量進行獨立調(diào)節(jié)；當濃度不符合標準值時，設備將立即提示操作人員進行適當?shù)恼{(diào)整來保證工作的安全，這對于礦山的安全非常重要。

3.4 安全生產(chǎn)監(jiān)控檢測系統(tǒng)

當前，煤炭行業(yè)發(fā)展非常迅速，安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的應用極為廣泛。我國安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的研究始于1990年。經(jīng)過20 a的研究，我國成功開發(fā)了參數(shù)相對較好的監(jiān)控系統(tǒng)，這是中國煤炭工業(yè)發(fā)展史上的一大步。將機電一體化技術與安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)完美地結合在一起，十分有利于中國煤炭工業(yè)的快速發(fā)展。值得一提的是，正是該系統(tǒng)研究的進展，我國在相關方面的總體水平與發(fā)達國家技術水平的差距逐漸縮小。

3.5 帶式輸送機

煤礦的生產(chǎn)環(huán)境非常惡劣，空氣、灰塵、電磁波和各種振動都會產(chǎn)生。因此，機電一體化系統(tǒng)必須要能夠在沒有任何環(huán)境干擾的情況下正常工作。所以，應用機電一體化的設備必須具有良好的密封性，強度要高，同時不受空氣濕度的影響，并具有良好的抗震和抗電磁性能。

隨著各種技術的發(fā)展，機電一體化技術水平不斷提高，國內(nèi)已實現(xiàn)獨立開發(fā)長距離、大面積采煤機械。行星齒輪和帶速控制的液壓離合器這2個驅(qū)動系統(tǒng)，也廣泛用于日常生產(chǎn)中。實際應用證明，皮帶輸送機使用機電一體化技術，不僅可以節(jié)省30%的電力，還可以顯著提高礦山的生產(chǎn)效率。

4 機電一體化技術在煤礦應用中的變化趨勢

機電一體化設備體積小，維護和維修方法非常簡單，且效率很高、程序完整，易于使用，自動化趨勢越來越明顯，因此，其應用范圍將得到極大擴展，從而可以有效協(xié)助礦業(yè)公司的迅速發(fā)展。機電一體化技術的大規(guī)模應用，能夠極大地提高工作人員的效率，同時提高質(zhì)量、增加礦山企業(yè)利潤、節(jié)約成本。

機電一體化技術對于國家的發(fā)展有著重大的影響。機電一體化技術在當今是非常重要的，合理的使用這項技術能夠讓企業(yè)得到更多的經(jīng)濟效益，促進經(jīng)濟發(fā)展，從而進一步提高開發(fā)水平和規(guī)模。

機電一體化技術能夠幫助礦業(yè)企業(yè)提高其采礦能力，可以有效地讓該技術更加全面的發(fā)展。在采礦機械中運用這項技術，能夠全方位地保障工人的安全，減少安全事故的發(fā)生，能夠有效地提高企業(yè)的效率。

礦山機電一體化技術的發(fā)展，很大程度上也是通信領域不斷研究的課題，對于我國匱乏的安全系統(tǒng)而言，需要對外引進先進的系統(tǒng)，并研究和開發(fā)適用于各種采礦設備的零部件，如多功能采礦機器人等。

5 機電一體化技術的應用

5.1 在礦井提升機中的應用

交、直流全數(shù)字礦井提升機，特別是室內(nèi)礦井提升機有效地連接了滾子和驅(qū)動器，能夠讓原來復雜的結構變得更加簡單，也能夠讓多種設備能夠同時運行，提高機械工作的效率。

礦井提升機能夠保證實際工作的高效性。它主要是通過使用總線的方法，來有效簡化了電氣設備的安裝。同時，礦井提升機的硬件配置也非常簡單。現(xiàn)階段，我國自主開發(fā)的全數(shù)字直流礦井提升機，已被公認為是礦用的基本選擇，且得到了廣泛的應用。

5.2 在采煤機中的應用

在采礦機械中，牽引采煤機是機電集成技術中使用最廣泛的代表之一。使用可編程邏輯控制器控制，具有一些獨特的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)為

（1）具有強大的牽引性能。在煤礦綜采設備的操作過程中，可以增加足夠的牽引力，在大大減少阻力的同時，還能使使前進更加平穩(wěn)。

（2）當煤礦綜采設備滑動時，可以發(fā)電和制動，并為電網(wǎng)提供一定量的電力。

（3）在運行電力牽引的過程中，除了對電刷和換向器造成輕微損壞外，電動機不會磨損其他組件。因此，其運行條件相對穩(wěn)定，這能夠有效限制故障的發(fā)生。而電力牽引的施工比較簡單、工作效率高，被廣泛應用。值得注意的是，帶有電牽引的煤礦綜采設備簡單小巧，便于推廣和操作［4］。

5.3 在煤礦機械中的綜合應用

在煤礦機械中，人工智能的監(jiān)測、報警以及故障診斷的技術是不可缺少的。自動警報主要涉及上述操作設備與系統(tǒng)進行相關的工作時，能夠?qū)崟r的對機器進行檢查，如果有異常的情況時，機器會報警并自動上傳鼓掌原因，提高了機械設備運行效率［5-6］。

礦山機電一體化技術可以有效地控制機械設備的維修成本，還可以縮短機器設備維修所需的時間，維修的質(zhì)量高，能夠在一定程度上延長機器設備的使用壽命。另外，在發(fā)生事故時，地下監(jiān)控系統(tǒng)及時完成數(shù)據(jù)收集，然后通過其他機器將數(shù)據(jù)傳送給中央控制中心，從而及時對事故進行相關的處理，提高效率。

6 結語

機電一體化技術具有可靠性、易用性、高度計算機化等諸多優(yōu)異特性。此外，還可以提升礦山生產(chǎn)過程中的安全性，從而確保機械設備和現(xiàn)場工人的安全。機電一體化技術的使用，提高了礦山采礦過程的效率，增加了采礦企業(yè)的經(jīng)濟利益。增加投資和使用機電一體化技術，其必將帶來巨大的社會效益，同時提高中國煤炭工業(yè)的競爭力，從而有效提高中國相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。