现代化矿井中矿山机械装备的应用分析

薛 超

（冀中能源机械装备集团有限公司邢台机械厂，河北 邢台 054000）

现代化矿井指的是在矿山生产中应用先进的开采设备，主要涉及液压支架、刮板输送机、开采机、带式输送机等，在这些设备的推动下，显著提升了矿山生产效率和安全性，实现了智能开采和无人开采，为我国矿山生产的良好发展提供了极其强大的动力。接下来笔者简要分析了几种矿山机械设备的应用，随后阐述了无人工作面开采和智能综采。

1 几种现代化矿井中机械设备的应用

1.1 液压支架装备

液压支架是现代化矿井内极为重要的机械设备，其作用是对矿井内已开采完毕的区域进行分离，使已采区域的顶板得到良好支撑，这样工作区就不会进入岩石，工作人员的生命安全也可得到充分保障。为了提升液压支架的应用效果，近年我国对此做了很多研究，基本是从液压支架和周围岩石之间的关系入手，以此为基础，现代化矿井中的液压支架有效性得到了显著提升，而且对液压支架所用钢材的强度以及焊接性能做了增强、将现代化电子系统和液压支架做了连接，以此提高了液压支架的可控性[1]。我国现有的液压支架不仅性能在不断增强，而且可用于多种矿井和岩石结构中，一些地形特别复杂的矿井也可通过液压支架有效提升安全性。类型包括厚煤层一次开采全高支架、轻型支架、三软难开采支架、大倾角支架等，在高度方面，可适用于1.75m～7.4m的支撑要求，在支撑能力方面，可轻松抵抗19800kN的压力，因此液压支架的应用范围在不断拓展拓展，促进了我国煤炭生产安全、稳定的发展。

1.2 开采机

现代化矿井中已经实现了全自动开采，开采机在其中发挥着非常重要的作用，开采效率因此得到了显著提升，而且很多由人工开采所可能导致的安全隐患和各种问题都可以避免，可以说开采机对现代化开采的现实意义十分巨大。在我国的现代化矿井中，电牵引研发和电牵引改进是主要的开采机类型，在调速方式上共有三种，分别为电磁转差离合器、交流变频、开关磁阻，我国的开采机相较于西方发达国家还有一定差距，主要集中在传感器、故障检测、在线监测等工作环节，但和过去相比，我国开采机在开采效率、工作安全性等方面的提升非常明显，整体一直在不断进步。当前交流变频电牵引开采机的应用比较广泛，我国的相关研究也主要以这种开采机为基础，且结合加变频器箱、电控箱可以直接控制开采机。当前我国开采机在故障检测和牵引保护等方面的表现也非常好，随着相关研究的不断深入，各项性能都在不断提升，推动了现代化矿山生产的良好发展。

1.3 带式输送机

现代化矿井的生产安全性相较于过去已经有了很大提升，而且当前也越来越重视应用带式输送机，并加强了相关研究，随着科学技术的不断发展，带式输送机的整体水平越来越高，无论在输送能力还是稳定性上相较于过去都得到了显著增强[2]。带式输送机在现代化矿井中的作用主要是负责对运转的机械设备进行连接，通过输送机的绕行输送带可以带动设备运转，而且能够传输物品，目前在现代化矿井中所使用的带式输送机最大宽度约为210cm，运行速度为每秒5m。带式输送机有滚筒和传送带，二者之间的摩擦力比较大，传输过程中，可以在传输机分支上放置物品，然后输送机会在滚筒的转动下开始运转，这样就可以将物品输送至指定位置。另外，在各种流水运输中也可以对带式输送机进行应用，这样不仅令运输有效性得到了显著提升，而且减少了现代化矿井对人力的需求，进一步增强了开采效率和安全性。

1.4 刮板输送机

刮板输送机由刮板链连接输送机各处，负责输送的位置是输送槽，在现代化矿井中刮板输送机的应用也非常广泛，而且煤炭开采是否能够顺利进行和刮板输送机有很大关系，如果刮板输送机出现了故障问题，导致物料无法顺利运输，那么必须停止开采工作，在修复刮板输送机以后才可继续开采。现代化矿井中的刮板输送机共有两种运输方式，分别为横向运输和竖向运输，相较于带式输送机，刮板输送机有很多不同点，比如在偏斜角度的运输当中，带式输送机的使用更广，而如果需要向斜上方运输物料，那么使用刮板运输机过程中还需要进行防滑处理，以此令物料传输能够顺利进行。在科学技术的推动下，刮板输送机的整体性能相较于过去得到了很大提升，当前我国针对刮板输送机所做的研究偏向运输数量、重量以及可靠性，希望通过对这几方面的提升可进一步增强刮板输送机的性能。现阶段我国在现代化矿井中用的刮板输送机长度约为350m，输送槽的宽度约为1400mm，故障率方面通过软启动得到了有效降低，使用寿命、效率等也在不断提升，这些都保障了现代化矿井生产的顺利进行。

2 无人工作面开采和智能综采中的机械设备

在无人工作面开采和智能综采中所使用的机械设备和前文介绍的设备基本相同，其中最主要的设备是开采机，因此本文接下来将对开采机而运动路线进行详细介绍，同时分析了相关原理。

2.1 开采机的运动路线

使用开采机过程中要通过中液压支架为其提供保护，可以将开采机和刮板输送机连接在一起，然后在刮板输送机的带动下开采。在运行方向上和工作面保持垂直，刮板运输机的推动力就是开采机的运行动力，开采过程中，首先以巷道为起点，然后随着刮板运输机的运动，以斜切和端部斜切的方式进入矿壁[3]。在正常的工作状态下，当开采机运行到工作面的尽头时需要调转刮板运输机的运输方向，同时合理调整滚筒的位置，下降前滚筒、升起后滚筒，这样当刮板运输机再次运作时开采机就可以向反方向继续开始开采作业。当采媒介运行到输送机的直线段时需要停止作业，并且将滚筒的位置进行上下调换，然后重新开采，这一过程中首先对三角区域进行切割，当矿壁的垂直以后再调换滚筒，然后才可以正常作业。为了对开采机的运动轨迹进行明确，相关人员可以开采机的运动空间为基础，建立一个二维坐标系，以此简化开采机的运行周期。其中平行于矿壁的部分可以设置为x轴，垂直于矿壁的部分可以设置为y轴，坐标系上的0点可以开采机的初始工作点基础。坐标系建立完成之后，切割深度可用h的代表，同时在开采机开始运行时进行记录，当开采机运行是直线段停机后，向反方向继续运行。这样通过坐标系就可明确开采机的具体运行路线，有利于后期针对运行路线对开采机进行调整，待调整过后就会获得更好的工作效果，进而提升开采效率。

2.2 实现无人工作面开采和智能综采的原理

首先为整个系统配备了智能定位功能，在整体结构上并不是非常复杂，主要由双路直流稳压电源、速度计、陀螺仪等构成，在串口计算机的引导下即可完成智能定位操作。定位系统中的导航功能用于陀螺仪和速度计，同时和开采机进行连接，在测量速度过程中，以三个直线加速度和三个转动角速度为基础，同时结合基准坐标系可以对开采机的水平、姿态、方向、位置、速度等进行确定。智能定位系统地输出信号可以通过电压来表示，其中双电流和双电路可以通过双路直流稳压电源进行显示，这样工作人员就可获得详细的开采机运行数据，可为后续开采工作提供有效参考。其次，可以串联或者并联整个智能综采系统，以此为系统提供过载保护。在系统运行过程中，串口计算机也可以及时获取运行中的各种信息，一旦出现过载信息时会显示在计算机上，然后就可以及时调整[4-6]。在开采机的定位方面，速度计和陀螺仪可以及时反映出开采机的各项运行数据，这些数据被传感器获取以后，会及时传输到计算机，然后由计算机对开采机的运行状态进行分析。采集并分析开采机的运行数据时所使用的方式是数学解析运算，传感器在获取各项数据以后可以通过数值的方式传输给计算机，计算机在分析完毕之后可以建立姿态矩阵，在姿态矩阵的基础上可以转换加速度和角速度，然后就可以计算并分解出三个线速度，以及开采机的实际位移和具体位置。如果开采机的运行只维持在二维平面上，那么在获取开采机运行状态数据时只需要两个加速度传感器和一个陀螺仪，采集到相关数据以后可以利用函数和积分求解，以此实现对开采机运行状态的科学分析和规划。智能定位功能适用于工作环境较为复杂的矿井中，因此可能会对其造成影响的因素非常多，比如地质、温度、湿度等，另外受漂移性的影响，陀螺仪会出现数据误差，进而影响开采机状态分析的准确性，就这一点还需要要深入研究，以此才能够真正保障无人工作面开采和智能综采的顺利进行。

3 结语

综上所述，随着矿上生产的不断发展，很多基于现代科技的机械设备都被应用到了矿井中，推动了我国矿山生产的现代化发展。但在具体的细节方面，我国相当于西方发达国家还存在一些距离，因此仍需要不断研究，进一步加强矿山生产对机械设备的应用，这样才能不断提升矿山生产的效率和质量，满足社会发展和人们日常生活对各种矿物资源的需求。