论煤矿机电技术

佟文旗

摘要：通过对煤矿部分常用先进机电技术介绍，探讨其发展趋向。

关键词：大功率机电一体计算机与网络技术

0引言

煤矿采煤技术的发展经历了手工、炮采、机械化等几个阶段，生产能力相应的得到不断提高，矿井年产量从几万吨发展到几百万吨。当前一些先进的煤矿企业、矿井甚至一个采煤工作面的生产能力就能达到500～1000万t／s，例如同煤集团塔山煤矿年生产能力达到了1500万吨。生产能力的提高，与之相适应的配套机械设备应运而生，就采掘工作面的装备而言，美国、德国、澳大利亚等国电牵引采煤机的使用已达到1D0％，单台装机功率达1530kw，截割牵引速度为10～15m／min，最大牵引速度达到45.9m／min，产量达到40～75t／min：工作面刮板输送机的功率达到1600kw，长度400m，输送机槽钢板厚度达到60～70mm；带式输送机的最大运输能力已达3500t／h，功率1400kw，带宽1.5～1.6m，带速3.5～4.7m／s，最大水平运距2000m(多点驱动)；部分断面掘进机的最大重量达120t，截割头功率达500kw，可切割抗压强度超过100mpa的岩石，最大掘进断面70m²。这些先进机械装备的使用，不仅提高了生产能力，而且使煤矿劳动生产率得以大幅度提高。

1先进的机械装备及电力电子技术

设备的大型化、大功率化，对电力技术也提出了新的更高要求。近年来随着半导体技术、计算机技术、软件技术的发展，电力电子技术也得到迅猛发展，并发生了质的飞跃。它已由50年代的SCR、80年代的GTR、MOSFET发展到现在的第三代电力电子器件IGBT、SIT。第三代电力电子器件还将高电压、大电流的功率器与控制电路集成在一起，形成智能功率控制集成模块。目前最先进的为同步机内装式交流变频提升机，其主回路和磁场回路均采用电力电子器件，实现变频和整流，由于采用交流电机，没有电刷问题，提升机容量可以大幅度增加。电力电子技术在控制采煤机牵引速度上也得到应用，主要是交流变频调速和滑差调速。此外，电力电子技术还应用与带式输送机的调速或软启动控制、风机调速和水泵调速，除了可以提高调速性能外，更主要可以节省能源。以电力电子技术为基础的开关磁阻电机因其启动力矩大、启动电流小、可以频繁重载启动的优点，特别适用于矿井输送机、电牵引采煤机及中小型绞车等。

2机电一体化

机电一体化技术是机械、计算机、自动化控制技术的综合应用。随着计算机、软件技术、传感器技术和自动化控制技术的发展，机电一体化产品在性能和功能方面实现了飞跃，并在煤矿中得到广泛应用。英国、日本、美国和中国生产的部分电牵引采煤机，装备了以计算机为核心的控制和工况监测与故障诊断系统，对采煤机的运行工况及参数进行采集、处理、显示、存储和传输，提供操作指导或控制采煤机做出相应的处理，对电机、轴承等部件进行故障自动诊断。计算机技术与液压控制有机结合，实现了液压支架定压双向邻架或成组自动移架，避免对顶板和支架产生冲击载荷。此外，引进的工作面供电设备采用了微机控制技术，实现故障查询、闭锁、先导保护和控制功能，也是一种典型的机电一体化产品。煤矿运输设备的机电一体化进程也十分迅速，近几年来，引进的电液控制软启动在带式输送机上的应用达到很高水平，它利用计算机与液压技术相结合，不仅具有良好的启动、停车、调速和功率平衡等功能，而且能监测设备各部分的工况，对不正常状态进行保护，显示故障类型。矿井提升机是煤矿实现机电一体化水平最高的大型设备，全数字化交、直流提升机，尤其是内装式提升机从结构上将滚筒和驱动和为一个整体，机械结构大大简化。我国研制成功的具有自主知识产权的全数字化直流提升机，其核心部分ASCS是由双CPU构成的计算机系统，以其性能先进、操作简便、准确可靠成为煤矿提升机的首选机型。

3计算机控制与网络

随着煤矿现代化进程的加快和安全技术的高速发展，井下各种监测监控系统逐渐增多，如果这些监测监控系统处于相互独立的状态，各种系统自成体系，各自为政，信息不能互通，势必造成通信线路重复投资，重复建设，系统维护量增大，整体可靠性差，维修、维护困难，信息不能综合利用等缺陷。计算机控制技术和网络技术在煤矿的广泛应用很好地解决了这些问题。现在，计算机控制和网络可以覆盖到煤矿井下现场、覆盖到单台设备、单个数据测量点，在地面的任一台联网的计算机经授权均能直接查阅有关信息，或向并下发送有关信息，各级管理者可以在车间、区队、矿井、企业乃至世界各地实现统一调度、控制和管理。这些网络、控制系统都改变着传统煤炭行业技术和产业结构，给现代化矿井的优化调度、科学管理等带来革命性变化。

4发展趋向

煤矿机电技术及装备的主要发展趋向应当是：跟踪产业科技前沿，开发有自主知识产权的以煤矿开采技术及配套装备为主导的核心技术，以其高适应性、大型化、大功率化、遥控和自动化占领技术制高点；开发以微处理器和微机为基础的矿井设备工况和健康监测以及微处理器、计算机和专家系统的应用等，将逐步成为现代化煤矿机电技术发展的重要标志。