煤矿机电技术创新与自动化发展研究

【前言】煤矿机电技术创新与自动化发展研究由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。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...

【摘要】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，与此同时煤矿机电技术创新与自动化发展也进入了一个新阶段。

【关键词】煤矿；机电技术创新；自动化研究

0引言

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/a，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100%，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

2.1相关概述

机电一体化产品具有“技术”和“产品”的内容，是机械系统和微电子的有机结合，是赋予了新的功能和性能的新一代产品。机电一体化是传统机械工业被微电子技术逐步渗透过程所形成的一个新概念，它是微电子技术、机械技术相互交融的产物，是集多种技术为一体的一门新型的交叉学科。目前，对机电一体化的定义有各种各样的认识，随着生产和科学技术的发展，它将被赋予新的内容。机电一体化不是机械技术和电子技术的简单叠加，而是为达到取长补短、互相补充的目的而将电子设备的信息处理功能和控制功能融合到机械装置中，使知之更具有系统性、完整性、科学性和先进性。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。

2.2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，在地面的任一网的计算机经授权均能直接查阅有关信息，或向井下发送有关信息，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。

2.3机电一体化产品的主要特征

机电一体化产品是一个完整的系统，它的主要的特征是：

柔性化。机电一体化产品往往只需通过软件改变指令即可达到改变传动机构的运动规律，而无须改变硬件机构。

智能化。机电一体化产品可以按照预定的动作顺序或被控制的数学模型，有序的协调各相关机构的动作，以达到最佳控制目的。其控制系统大多数都具备自动控制、自动诊断、自动信息处理、自动修正、自动检测等功能。

最佳化。随着电子技术的发展，为实现某一功能或某一控制规律的方案大大增多了。在设计产品时，可以使机械技术和电子技术有机地结合起来，以实现系统整体的最佳化。

2.4机电一体化是多学科领域综合交叉的技术密集型系统工程

它包括了机械技术、计算机与信息处理技术、系统技术、自动控制技术、传感与检测技术、伺服传动技术。

⑴机械技术。是机电一体化的基础，它把其他高新技术与机电一体化技术相结合，实现结构、材料、性能上的变更，从而满足减小体积、提高精度和刚性、改善功能和性能的要求。

⑵计算机与信息处理技术。计算机是实现信息处理的工具，在机电一体化系统中，计算机与信息处理部分控制着整个系统的运行，直接影响到系统工作的效率和质量。

⑶系统技术。是从全方位的角度和系统的目标出发，以整体的概念组织应用各种相关技术，将总体分解成相互联系的若干功能单元，找出可以实现的技术方案。接口技术是系统技术中的一个重要方面，是实现系统各部分有机联系的保证，它包括了电气接口、机械接口、人-机（对话）接口，以及远程控制与检测接口等。

⑷自动控制技术。自动控制技术的内容广泛，它包括高精度定位、自适应、自诊断、校正、补偿、再现、检索等控制。

⑸传感与检测技术。传感与检测是系统的感受器官，其作用是将被测量的信号变换成系统可以识别的、具体确定对应关系的有用信号。

⑹伺服传动技术。伺服传动是由计算机通过接口与电动、气动、液压等各类型的传动装置相连接，从而实现各种运动的技术。

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。

【参考文献】

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4毕安林.屯留煤矿瓦斯基础参数测定及工作面瓦斯涌出量预测[J].山西煤炭管理干部学院学报.2011年02期.

（仪阜煤，男，1960.04，助理工程师；大专学历；临汾天煜能源恒昇煤业机电副总经理；尤道济，男，1986.04；助理工程师；本科学历；临汾天煜能源恒昇煤业机电技术员。）