機電一體化在煤炭生產中的應用

寇永英

(同煤大唐塔山煤礦有限公司)

機電一體化技術是機械、計算機、信息處理和自動控制技術綜合運用的復合技術,是微電子技術向傳統(tǒng)機械工程滲透而形成的融合機械工程、電氣工程、計算機技術、信息技術等為一體的新興綜合技術。機電一體化技術順應了當今科學技術發(fā)展的規(guī)律,顯示了強大的生命力。由于煤炭生產是將數百、數千萬噸煤炭從地層深處采掘、運送到地面,因此,采用大量的機電設備才能實現這一目標,而機電一體化煤礦產品是實現高產高效的最好選擇。機電一體化將機械與電子技術融為一體,使物流、能流、信息流融為一體。

1 機電一體化技術在煤礦中的應用

1)機電一體化技術在提升機中的應用。礦井提升機是目前煤礦機電一體化、自動化水平較高的設備,如全數字化交直流提升機。尤其是內裝式提升機,從結構上將滾筒和驅動合為一體,機械結構大大簡化,實現了機械—電力電子—計算機—自動控制的綜合一體化技術。而全數字化提升機可靠性高,采用總線方式,大大簡化了電器安裝,此外,硬件配置簡單,互相兼容?！熬盼濉逼陂g,國產數字化直流提升機已成為煤礦提升機的首選機型。我國研制成功的具有自主知識產權的全數字化提升機,其核心部分ASCS是由雙CPU構成的計算機系統(tǒng),其性能先進、操作簡便、準確可靠。此外,我國還應用SIMADYND和S7研制成功了第一臺交 —交變頻器供電的交流提升機。目前,最大裝機容量已達到5000 kW,主、副井提升機可做到全自動化,不需要專門的絞車司機。

2)機電一體化技術在采煤機中的應用。電牽引采煤機是機電一體化技術在采煤機的一個典型應用。與液壓牽引相比,它具有以下特點:

a)良好的牽引特性。可以在采煤機前進時提供牽引力,使其克服阻力移動,也可以在采煤機下滑時進行發(fā)電制動,向電網反饋電能。

b)可用于大傾角煤層。牽引電動機軸端裝有停機時防止機器下滑的制動器,因為它的設計制動力矩為電動機額定轉矩的1.6～2.0倍,所以電牽引采煤機可用在40°～50°傾角的煤層,而不需要其它防滑裝置。

c)運行可靠,使用壽命長。電牽引和液壓牽引不同,前者除電動機的電刷和整流子有磨損外,其它元件均無磨損,因此工作可靠,故障少,壽命長,維修工作量小。

d)反應靈敏,動態(tài)特性好。電控系統(tǒng)能及時調整各種參數,防止采煤機超載運行。

e)結構簡單、效率高。電牽引采煤機機械傳動結構簡單、尺寸小、重量輕,電能轉換為機械能只做一次轉換,效率可達99%,而液壓采煤機的效率只有65%～70%。

1991年煤炭總院上海分院與波蘭瑪克公司合作,研制成功我國第一臺采用交流變頻調速MG344-PWD型薄煤層強力爬底板電牽引采煤機以來,我國的電牽引采煤機有了較快的發(fā)展。國內上海天地公司、太原礦山機械廠、西安煤機廠、雞西煤機廠等都生產交流變頻和直流電牽引采煤機,而且得到了廣泛的應用。經過近20年的研制開發(fā),我國的電牽引采煤機已逐步走向成熟,為煤礦生產技術的進步起到了積極的推動作用。

3)機電一體化技術在帶式輸送機中的應用。帶式輸送機由于長距離連續(xù)輸送、輸送量大、運行可靠、效率高和易于實現自動化等特點,已成為我國煤礦井下原煤輸送系統(tǒng)的主要運輸設備。因此,成為近幾年來機電一體化技術的研究重點。目前,主要采用機、電、液一體化的CST可控軟啟動裝置。它是一種專門為平滑起動運送大慣性載荷,如煤炭或金屬礦石的長距離皮帶運輸機而設計的軟驅動裝置。一條皮帶運輸機可以由一臺或幾臺CST驅動。由于尚未解決動態(tài)分析和在線監(jiān)控技術以及啟動延遲技術,我國帶式輸送機的中間驅動點不能過多,一般為3點驅動,這樣就限制了輸送機的單機長度和運量。而且輸送機的監(jiān)控設備功能少、可靠性較差,靈敏度和壽命都較低,和發(fā)達國家相比存在明顯的差距。

4)其他煤礦機電一體化裝置。液壓支架則向電液控制方向發(fā)展,將計算機技術與液壓控制有機結合,實現定壓雙向鄰架或成組自動移架,避免對頂板和支架產生沖擊載荷。應用實例:同煤大唐塔山煤礦位于大同煤田中東部邊緣地帶,井田面積170 km2,主要煤層為石炭二疊紀煤層,設計年生產能力1500萬t,塔山礦井綜放工作面主采煤系為石炭二疊系3#～5#合并層,厚度為1.63～29.21 m,平均厚度15.72 m,采用低位放頂煤開采工藝。支護設備采用天地科技股份有限公司設計,中煤北京煤礦機械有限責任公司、鄭州煤礦機械集團有限責任公司、平陽重工機械有限公司制造的成套支架。

該套設備設計包括ZF10000/25/38四柱支撐掩護式放頂煤液壓支架、ZFG10000/25/38H放頂煤過渡支架、ZTZ20000/25/35中置式端頭支架,為適應塔山礦工作面頂板壓力需要,對中間架和過渡架工作阻力進行整體提升,由10000 kN提升至13000 kN,過渡架高度由2500～3800 mm改為2650～3800 mm,由于礦井工作面地質條件復雜,在順槽掘進過程中經常出現漏頂現象,最高處超過3.5 m,造成生產推進時端頭支架離頂,嚴重威脅工作面安全生產。在總結各工作面端頭支架使用情況的基礎上,決定對端頭支架進行改造,提高最大支撐高度,以達到推進過程中安全支護的要求。目前,該套支架已成功完成8103、8202工作面開采,其成功經驗對全國同類型礦井建設有積極的推廣意義。

2 煤礦機電一體化技術應用的發(fā)展趨勢

我國制造的煤礦機電一體化設備都具有智能化、程序化、信息化的特點,以及設備體積小、操作、維護方便、保護齊全、性能可靠等優(yōu)點。這些設備在煤炭生產中的廣泛應用,不僅減輕了操作人員的勞動強度,而且提高了煤礦的生產水平和能力,創(chuàng)造了巨大的經濟效益和社會效益。但是,我國的煤礦機電一體化技術與發(fā)達國家相比,還有一定的差距,因此,還有很多的工作需要繼續(xù)研究,其未來的發(fā)展趨勢是:

1)開發(fā)有自主知識產權的以煤礦開采技術及配套裝備為主導的核心技術,研究具有自主知識產權的核心裝置。

2)增加產品的通信功能,以適應綜合自動化的需要。

3)開發(fā)以微處理器和微機為基礎的礦井設備工況和健康監(jiān)測以及微處理器、計算機和專家系統(tǒng)的應用等。

4)煤礦機器人仍然是煤礦機電一體化技術今后研究的重點之一。

3 結束語

近年來,隨著微電子技術、計算機技術、軟件技術、傳感器技術和自動化技術的飛快發(fā)展,信息流成為機電一體化的主要特色。其產品實現自動化、數字化、智能化,在性能和功能方面均實現了質的飛躍。因此,機電一體化技術是企業(yè)信息化的重要支撐技術,是礦山綜合自動化的基礎。機電一體化技術在煤礦采、掘、運裝備的應用和推廣,極大地提升了我國煤礦生產的綜合實力,為實現高效、安全、潔凈、結構優(yōu)化的煤炭工業(yè)生產打下了扎實的基礎。