机电一体化技术在煤矿中的应用研究

【摘 要】机电一体化技术是多学科多技术的交叉结合，它在煤矿中的推广应用改变了过去依靠传统手工和普通机械的落后局面，具有劳动强度小、安全性能强、工作效率高、经济效益好等特点，因此在煤矿中发展机电一体化技术具有重要意义。本文以机电一体化技术应用实践为研究对象，分别从带式输送机、矿井提升机、监控监测系统、采煤机四个领域分析和阐述了机电一体化技术在矿山机械中的应用情况。

【关键词】煤矿；机电一体化；应用研究

1 机电一体化技术概述

机电一体化技术是微电子技术向传统机械工程渗透而形成的融合机械工程、电气工程、计算机技术、信息技术等为一体的新兴综合技术。是集机械、微电子、光学、自动控制技术、接口技术、软件编程技术等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进了相关技术的发展和进步。我国在20世纪80年代成立机电一体化领导小组，并将该技术列为“863”计划。机电一体化正朝着智能化、网络化、微型化、柔软性化、系统化发展，它的发展对煤炭系统产生了很大的冲击，采用机电一体化产品将大大改善煤矿生产的劳动强度、工作环境及安全系数，同时在降低能耗、保证安全生产方面也实现了特定的价值。它可不必更换设备，而对产品结构和生产过程进行必要的调整、改革， 对传统的机械工业注入新鲜的血液，实现文明生产。

2 机电一体化技术在煤矿中的应用

2.1 井下带式输送机中的应用

在我国“八五”计划期间，通过国家一条龙“日产万吨综采设备”项目的实施，极大地提高了带式输送机的技术水平，煤矿井下用大功率、长距离带式输送机的关键技术研究和新产品的研发也取得了很大的进步。如大倾角长距离带式输送机成套设备、高产高效工作面巷道可伸缩带式输送机等均填补了国内此项技术的空白，并对带式输送机的关键技术及其主要元部件进行了理论研究和产品开发，成功地研制了多种软启动和制动装置以及以PLC为核心的可编程电控装置， 驱动系统采用调速型液力耦合器和行星齿轮减速器， 目前我国已经自行生产制造了多个品种和多种类型的带式输送机。

2.2 矿井安全生产监测监控系统中的应用

瓦斯监控与治理一直是我国煤矿安全生产中令人头疼的问题，在瓦斯监测监控系统中采用机电一体化技术后有效地改善了这一局面。我国监测监控系统发展经历三个阶段：一是技术引进阶段，上世纪中后期我国一些学者和专家远赴西欧、美国等国家和地区进行了实地考察，引进了一批如DAN600、Senturion-200等监测监控设备，并在部分煤矿得到推广试用；二为消化吸收阶段，在引进外国先进技术后的20世纪末期，我国一些研发企业根据煤矿的实际情况和生产需求研制出了KJ2/KJ4等第一批具有自主知识产权的监控系统及设备；三为技术发展和成熟阶段，此阶段内我国紧随世界先进水平研发了许多具有高性能的监控系统，如煤炭科学研究总院重庆分院的KJ90系统、煤炭科学研究总院常州自动化研究所的KJ95系统等，它们的主要特点是：测控分站的智能化水平进一步提高；具有网络连接功能； 系统软件采用了Windows操作系统。同时，在“以风定产，先抽后采，监测监控”12字方针和煤矿安全规程有关条款指导下，规定了我国各大、中、小煤矿的高瓦斯或瓦斯突出矿井必须装备矿井监测监控系统。自此，大大小小的系统生产厂家如雨后春笋般的不断出现，不仅为各煤矿提供了更多的选择机会，且促进了各厂家在市场竞争条件下不断提高产品质量和服务意识。经过多年的实践表明，安全监测监控系统为煤矿安全生产和管理起到了十分重要的作用。对我国现有煤矿监测监控系统及配套传感器等设备的现场应用效果进行综合评价，煤炭科学研究总院重庆分院的KJ90、天地科技股份公司常州自动化分公司的KJ95、煤炭科学研究总院抚顺分院的KJF2000和北京瑞赛公司的KJ4、KJ2000等系统无论在软硬件功能、稳定性和可靠性、专业技术服务能力、企业性质和生产规模等方面基本代表了我国煤矿监测监控系统的技术水平。

2.3 矿井提升机中的应用

矿井提升机是一种实现机电一体化较好的矿山大型设备。特别是内装式提升机，从结构上将滚筒和驱动合为一个整体，大大简化了机械结构，是典型的机电一体化设备，充分体现了机械-电力电子-计算机-自动控制的综合体。全数字提升机高度可靠，具有可重复性故障寻址、完整的诊断设施和自诊断功能，以及简单而快速的通信功能，它采用总线方式，大大简化电气安装；硬件配置简单，互相兼容，零备件少；可以方便地实现软启动、软件控制和改变瞬间加速度。在我国“九五”计划期间，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。我国研制成功的具有自主知识产权的全数字化直流提升机的核心部分ASCS是由双CPU构成的计算机系统。除此之外，我国还用SIMADYND和S7研制成功了第一台交――交变频器供电的交流提升机。2000年11月，该系统在焦作古汉山矿投入运行，情况良好。提升机由于采用了计算机技术，其安全保护系统更为完善。该系统的主要特点是：采用两台计算机装置，每台都有自己独立的测量、传感装置和数据处理系统。这两台计算机同步工作， 互相检测，互为备用，对提升行程实现直接测量和间接测量容器位置相结合的方式，对两者进行比较、校正， 实现行程自动控制。由于采用了计算机对安全回路、制动回路、电源和驱动回路进行实时检测，实现故障记忆， 因此极大地提高了提升机安全性能。

2.4 在采煤机中的应用

1991年煤炭总院上海分院与波兰玛克公司合作，研发出我国首台交流变频调速MG3442PWD 型薄煤层强力爬底板电牵引采煤机，这是机电一体化技术在采煤机中的一个典型应用。与普通的液压牵引采煤机相比，电牵引采煤机机械传动结构简单、规格小、分量轻，传动效率能达99%，不仅如此，它还具有以下一些优点：

（1）运行可靠，使用寿命长。电牵引采煤机除电动机的电刷和整流子有磨损外，其他元件均无磨损，因此工作可靠、故障少、维修工作量小、寿命长。

（2）反应灵敏，动态特性好。电牵引采煤机的电控系统能及时调整各种参数，防止采煤机超载运行。

（3）良好的牵引特性。电牵引采煤机不仅可以在其前进时提供牵引力，使其克服阻力移动，而且还可以在其下滑时进行发电制动，向电网反馈电能。

（4）可用于大倾角煤层。电牵引采煤机的牵引电动机轴端装有停机时防止机器下滑的制动器，而不需要其他防滑装置。在过去的20年间，随着科学技术的发展，国内的一些相关研究单位与企业吸纳了国外采煤机技术，开展了二次开发，研发出一批先进的采煤机，使我国的电牵引采煤机逐步走向成熟，同时对煤矿生产技术的进步起到了积极的推动作用。

3 结语

机电一体化技术在矿山机械中的应用促进了煤炭企业的高速发展，在劳动强度、安全性能、工作效率、经济效益方面呈现较强的优势，对于推动煤矿行业发展作具有重要意义。随着网络、光纤、人工智能等先进技术逐渐被融入到机电一体化技术后，机电一体化产品的性能与功能将会得到进一步提升，因此机电一体化技术具有广阔的发展空间和应用前景。

参考文献：

[1]李孟，吴富如.浅谈我国煤矿机电一体化技术的应用及管理[J].中国高新技术企业，2010（10）.

[2]赵鹏昊.煤矿机械中机电一体化技术的应用[J].科技与企业，2010（10）.

[3]赵伟.浅谈机电一体化技术的发展及在煤矿的应用[J].煤，2010（07）.