机电一体化技术的发展及在煤矿的应用

李增愚

（山西汾西矿业集团中盛煤业公司 山西 灵石 031309）

一、机电一体化技术及其作用

当前，随着科学技术的不断发展以及对煤矿生产安全高效的要求，煤矿企业在机电一体化应用方面取得显著的进展。尤其是随着煤炭挖掘越来越向深部发展，要从地底深处挖掘上千万吨煤炭，并安全输送到地表，对煤炭机械的要求越来越高，没有现代机电设备的支撑是不可能完成的。所谓机电一体化技术就是将电子技术有效的运用到机械设备中，将物流、信息流有机结合起来，从而有效提高煤炭生产的质量和安全系数，获得更加显著的技术、经济和社会效益。其主要意义在于：一是保障安全。据统计，中国每百万吨煤炭开采死亡人数位居世界前列，在煤炭开采中，工人长时间位于矿井中，环境充满煤尘，对他们的身心健康带来极大的损害。而且地下挖掘条件复杂，一旦出现意外，将直接造成生命安全。而采用机电一体化技术后，不仅有效减轻工人的劳动强度，而且降低了安全事故的发生次数。二是提高劳动效率。随着煤矿机械应用机电一体化技术后，旧设备被逐渐淘汰，劳动生产率明显得到提高，尤其是微处理技术与自动化技术的普及和采用，使得劳动生产率有了大幅度提高，使得煤矿业的产量逐年增加。

二、机电一体化技术在煤炭生产中的应用

1、机电一体化技术在采煤机中的应用

煤矿业生产过程中最重要的一个机械产品就是采煤机，采煤机的机电一体化应用主要体现在将传统的液压牵引方式转化为现代的电牵引方式。传统的采煤机结构比较复杂，而且体积比较大，移动不便，使用范围也比较局限。目前采用的电牵引采煤机结构简单，体积小，尺寸小，重量轻，其在为采煤机提供前进牵引力过程中，克服了采煤机移动时产生的阻力，不仅提高了生产效率，而且有效的提高了煤矿产量，充分发挥了机电一体化的绝对优势。比如，在煤矿开采过程中，随着开采深度的进一步加深，经常会遇到大倾角的煤层， 有的呈现 40～50 °的倾斜角，由于倾角大，要求采煤机要具备良好的制动性，坡度陡的特点对采煤机的要求十分严格。利用机电一体化的设备在电动机的轴端安置了防滑制动器，该装置有很好的停电设置功能，可有效将电动机的转矩提升1.6—2 倍，避免采煤机出现下滑的情况发生，同时将剩下的电能返回到电网中。国内研发的采煤机大多能够熟练的使用机电一体化技术，例如MGD150N W 型采煤机，在其实际应用过程中就取得了较好的效果。

2、机电一体化技术在输送机中的应用

输送机的使用是煤炭生产机电一体化的有力体现。目前现代化综合机械化采煤主要以皮带式输送为主，带式输送机作为煤矿采集中的主要应用设备，由两个端点滚筒和紧套在上面的闭合输送带组合而形成的。一直以来由于其输送量大、效率高的优点，成为煤矿井下输送煤炭的主要设备。然而，其弊端也是显而易见的，带式输送速度慢、运行也不稳定等问题一直困扰着工作人员。将机电一体化技术应用于输送机，可以有效克服上述弊端，提高速度和效率，增强长距离输送的容量和稳定性。当前，我国关于带式输送机方面的核心技术方面的研究与新产品的开发相继取得了较好的进展，研发出了很多类型的带式输送机。同时，还开展了带式输送机的核心技术与关键元部件的理论研究及产品开发活动，很多运输机具有及时故障诊断和自我保护等功能，在使用过程中如果出现轴承温度过高、跑偏以及断带等故障，可以自行进行保护。例如目前应用比较广泛的机、电、液一体化的 CST 可控软启动装置，这种装置适用于运用平滑起动来输送荷载大、惯性强的材料或设备，可以说是专门为煤矿长距离皮带运输机设计的软驱动装置。一台带式输送机可同时受到一台或几台CST 驱动，解决了带式输送机的大运量、长距离的驱动难题，促进了煤矿开采的进度和步伐。

3、机电一体化技术在矿井安全生产监控系统中的应用

矿井安全生产监控系统是最能体现煤矿机电一体化的技术之一。我国由于煤矿机电一体化技术时间还不长，研发煤矿监测、监控系统的时间比较短，但成果是比较显著地。例如煤炭科学研究院研发的 KJ90 系统、KJ95 系统等，这些系统都采用了Windows 操作系统，具有网络连接功能，使得我国在煤炭安全生产监测方面有了长足的进步，无论在软硬件功能、稳定性和可靠性、专业技术服务能力方面都已经逐步的与国际上相关的技术水平相一致。目前在我国各大、中、小煤矿的高瓦斯或瓦斯突出矿井装备了矿井监测监控系统，有效的实现了在煤炭企业生产过程中实现在线监控、故障自诊以及自动报警等功能。在煤矿生产过程中一旦出现机械故障，该安全监测系统可以及时进行报警并清楚的显示出现的故障的部位，大大减少了维修时间。而且由于简化了机械故障的检查工序，不像以往检修设备要进行停机，提高了工作效率，减少维修的费用，延长机械的使用寿命。

4、机电一体化技术在矿井提升中的应用

矿井提升是将井下煤炭运送至地面的过程，从目前来看，矿井专用提升机是目前煤矿机电一体化、自动化水平最高的设备。目前国产全数字化直流提升机已成为各煤矿提升机的首选机型，我国自主研发的第一台全数字化的直交流提升机，核心部分就是利用双CPU 计算机操作系统，真正做到了主、副提升机的全方位自动化。我国直径达到两米以上的提升机有 90% 的都是交流提升机。不仅高度可靠，而且具有可重复性故障寻址、完整的诊断设施和自诊断功能。这种全数字化的提升机采用总线的方式来达到将电气安装进一步简化的目的，可以方便地实现软启动、软件控制和改变瞬间加速度，进一步提高矿井提升机的工作效率。在交流提升机中，最常见的是内装式提升机，内装式提升机占据了非常重要的地位，该提升机将滚筒和驱动合为一个整体，是典型的机电一体化设备，从结构的角度将滚筒与驱动有机的结合，机械结构大大简化，具有硬件配置简单、互相兼容等特点，是机械-电力电子-计算机-自动控制的综合体，更好的实现机电一体化。例如德国发明的内装式交交变频调速提升机，就是把电机和滚筒做成一体，采用直流式交流变频装置驱动方式，在机械结构和电气控制方面都走在世界前列。

三、机电一体化技术的发展趋势

随着采掘机械化的不断提高，机电一体化在煤炭生产中的作用越来越明显，煤矿机电一体化的发展使得煤矿生产效率得到进一步的提升，不仅可以降低工人工作量，还有效的提高了煤炭生产的安全系数，为矿业带来巨大的价值与效益，可以预见其在今后的煤炭生产中将得到完善和发展。尽管如此，纵观我们当前的煤矿机电一体化现状可以发现，与国外行业相比还有诸多不足之处。随着诸多的新型机电一体化产品的广泛使用，今后我们应该在在下面几方面加强研究：一是加强科研，投入资金，积极研发具有独立知识产权的煤矿机电一体化技术，并将其作为煤炭生产的关键和核心技术。二是在通信功能上要进一步加强改进，以适应煤炭生产的需要。三是积极探索煤矿机器人技术，这也是国外同行研究的重点之一。

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