煤礦機電一體化技術(shù)應用探究

摘 要：煤礦機電一體化技術(shù)近年來在我國取得了多方面的發(fā)展和進步，對煤礦企業(yè)中改造舊設備和開發(fā)新產(chǎn)品起到了至關(guān)重要的作用，隨著我國煤礦業(yè)的發(fā)展，以及科學發(fā)展觀的提出，陳舊、過時的煤礦設備顯然已經(jīng)不適合當下煤礦業(yè)的發(fā)展需求，而機電一體化技術(shù)又恰恰是采煤設備的重要途徑和手段。該文將從機電一體化技術(shù)在我國煤礦業(yè)中的重要作用出發(fā)，詳細探討并研究機電一體化技術(shù)在我國的應用現(xiàn)狀和發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：煤礦 機電一體化技術(shù) 應用現(xiàn)狀 發(fā)展前景

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（b）-0117-02

我國是一個煤炭資源豐富的國家，也是世界上用煤人口最多的國家，近年來隨著我國整體經(jīng)濟的發(fā)展，開始了對煤礦行業(yè)的改革[1]。因為隨著科學發(fā)展觀的提出，人們對生態(tài)環(huán)境進行保護的意識被激發(fā)，對煤礦行業(yè)的發(fā)展模式也有了新的要求，于是機電一體化技術(shù)逐漸應用到煤礦行業(yè)中，彌補了傳統(tǒng)模式下煤礦企業(yè)的諸多缺點，對新時期我國煤礦行業(yè)的發(fā)展起到了推動作用。

1 機電一體化技術(shù)

機電一體化技術(shù)是一項新興的綜合技術(shù)，它是現(xiàn)代信心技術(shù)向傳統(tǒng)技術(shù)滲透發(fā)展，進而綜合了機械、電子、計算機等高科技技術(shù)[2]。機電一體化技術(shù)是現(xiàn)代社會高速發(fā)展的產(chǎn)物，也是人類社會達到一定階段的必然趨勢，它的出現(xiàn)依賴于信息技術(shù)，但同時也在推動著信息技術(shù)的發(fā)展。

機電一體化技術(shù)在我國最早出現(xiàn)是在20世紀80年代，王大珩等科學家向鄧小平建議成立國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃，即后來著名的863計劃[3]。自此，我國相繼出現(xiàn)了越來越多的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，不僅提高了我國的自主創(chuàng)新能力，而且迅速推動了我國的經(jīng)濟發(fā)展，為我國后來的經(jīng)濟騰飛起到了至關(guān)重要的作用。

如今，機電一體化技術(shù)越來越成熟和完善，正朝著智能化、網(wǎng)絡化、系統(tǒng)化方向發(fā)展，這對我國的煤礦企業(yè)來說有一定的影響，因為之前我國煤礦企業(yè)的技術(shù)設備大都比較落后，曠工勞動強度大，安全系數(shù)低，安全事故多，影響了煤礦企業(yè)的正常發(fā)展[4]。而機電一體化技術(shù)的出現(xiàn)，很好地彌補了這些缺點，它可以改善煤礦生產(chǎn)的勞動強度和工作環(huán)境，提高曠工的安全系數(shù)，降低安全事故的發(fā)生，而且在節(jié)能減排方面也體現(xiàn)了機電一體化作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的價值，為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)下我國煤礦行業(yè)帶來了新的生機和活力。

2 機電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程

就當前世界發(fā)展的歷史來看，機電一體化技術(shù)發(fā)展至今經(jīng)歷了3個階段。

20世紀60年代以前為初級階段。此時由于戰(zhàn)爭剛剛結(jié)束，各國經(jīng)濟都處于比較落后的水平，而二戰(zhàn)中以德國和美國為代表的將電子和機械技術(shù)結(jié)合，進而運用到軍事的做法引起了人們的關(guān)注，于是機電一體化技術(shù)逐漸由軍用領(lǐng)域向民用領(lǐng)域轉(zhuǎn)移，促進了很多國家的經(jīng)濟發(fā)展[5]。但由于戰(zhàn)爭的影響，各國對機電一體化技術(shù)的投入力度都不是很大，資金支持也相對較少，所以導致了很多技術(shù)設備都處于比較初級的階段，產(chǎn)品設備的性能不夠成熟，所以在應用的領(lǐng)域上顯得比較狹小。

70～80年代為第二階段。這期間以美國、西歐為代表的北約和以蘇聯(lián)為代表的華約正在進行“冷戰(zhàn)”階段的關(guān)鍵時刻，現(xiàn)代很多高新技術(shù)的源頭都是在這段時期最先出現(xiàn)的，而且日本這時也已成為了經(jīng)濟高速發(fā)展的國家，并一度成為世界第二大經(jīng)濟體[6]。計算機和通訊技術(shù)就是在這段時期被廣發(fā)應用和推廣，為機電一體化技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

90年代后期至今，機電一體化技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的逐漸成熟，各方面的技術(shù)也比較完善，智能化已經(jīng)成為機電一體化技術(shù)最顯著的特點，極大地促進了各國經(jīng)濟的深入發(fā)展。

由于我國十年文革的影響，在20世紀80年代才開始實施863計劃，機電一體化技術(shù)在我國才正式拉開序幕，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，我國在機電一體化技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)取得了輝煌的成就，但是與歐美國家相比，仍然存在著不小的差距。

3 煤礦機電一體化技術(shù)產(chǎn)品

我國是世界上用煤人口最多的國家，但也是煤污染最為嚴重的國家，人們利用煤炭進行生產(chǎn)生活的同時，對生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的污染和破壞。所以在這種情況下，利用機電一體化技術(shù)研發(fā)煤礦行業(yè)的專業(yè)設備顯得十分必要。目前，我國已經(jīng)研發(fā)出了以計算機為核心的電牽引采煤機和全數(shù)字直流提升機，這兩項技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)煤礦行業(yè)普遍使用，取得了非常理想的效果。此外，隨著在“天河一號”超級計算機方面取得的巨大進步，我國在計算機領(lǐng)域已經(jīng)達到甚至超過了國際先進水平，而且在煤礦企業(yè)中已經(jīng)實現(xiàn)了由計算機全程控制的掘進機、膠帶輸送機和礦井供電設備等一系列自動化設備，煤礦機電一體化產(chǎn)品的相繼出現(xiàn)和使用，實現(xiàn)了智能化和信息化，有效保障了煤礦生產(chǎn)的安全性和可靠性，不僅提高了工作效率，更為整個煤礦行業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益[7]。

4 機電一體化技術(shù)在煤礦領(lǐng)域中的應用

4.1 現(xiàn)代采煤機械設備

傳統(tǒng)采煤模式中，機械設備通常采用液壓型牽引采煤機，這種設備具有性能低，使用周期短，磨損情況嚴重等缺點，但電氣牽引采煤機則很好地彌補了這些缺點，它采用機電一體化技術(shù)，在采煤過程中電氣牽引也會產(chǎn)生相當大的動力，在非平面作業(yè)的情況下，對采煤機能夠進行有效控制，且使用周期比較長，穩(wěn)定性較強，維修成本較小，此外，利用機電一體化技術(shù)，采煤機可以在工作過程中將電能轉(zhuǎn)化為動能，這種能量轉(zhuǎn)化的效率高達100%，極大地提高了煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率[8]。

4.2 礦井運輸

礦井運輸直接關(guān)系到煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率，現(xiàn)代煤礦發(fā)展模式對礦井運輸?shù)囊笤絹碓礁?。在一些?jīng)驗技術(shù)豐富的發(fā)達國家，通常是以電力電子器件為核心，采用直流式交流變頻裝置的驅(qū)動方式。以德國、英國和意大利等為代表的一些國家，在采煤技術(shù)方面都處于國際領(lǐng)先水平。

我國近些年在煤礦行業(yè)也借鑒了發(fā)達國家的采煤經(jīng)驗，實現(xiàn)了礦井運輸?shù)钠Щ?，甚至在一些?guī)模較大的企業(yè)已經(jīng)運用了大港強力帶式運輸機。此外，隨著我國計算機技術(shù)的逐漸成熟，在礦井運輸中實現(xiàn)計算機控制的技術(shù)也得到了廣發(fā)應用，這樣做的好處是在運輸機在工作過程中出現(xiàn)軸承倒轉(zhuǎn)和斷帶等故障時，計算機控制系統(tǒng)可以在短時間內(nèi)實現(xiàn)自我恢復的強大功能，不僅節(jié)省了人工維修的時間成本，還提高了工作效率。

4.3 礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)

現(xiàn)階段我國很多煤礦企業(yè)的生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)都不是很完善，其中問題最為突出的是監(jiān)控系統(tǒng)中傳感器不足，穩(wěn)定性能差導致了在其實際的工作過程中受到影響，并且它最致命的缺點是使用周期較短，產(chǎn)品維修和更新?lián)Q代的速度較快，增大了企業(yè)額外的維修成本，還影響到了生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)工作的正常運行。

國外一些發(fā)達國家則不同，他們在計算機領(lǐng)域的應用時間比我國早，技術(shù)經(jīng)驗相對比較成熟。并且他們在網(wǎng)絡軟硬件上的更新速度非?？?，可能他們已經(jīng)淘汰的產(chǎn)品技術(shù)，在我國還沒有研究出來。所以造成了在礦井生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)方面的質(zhì)量較高，性能較好，在監(jiān)控系統(tǒng)中的運用已相對成熟，而我國目前正在加緊研究相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，爭取逐漸縮小與發(fā)達國家的差距。

5 機電一體化技術(shù)在煤礦應用領(lǐng)域中存在的問題

盡管近些年我國科技水平在整體有很大進步，取得了舉世矚目的成就，機電一體化技術(shù)也有了本質(zhì)的改變和跨越，一些煤礦企業(yè)投入大量資金爭取將機電一體化技術(shù)運用到采煤過程中的各個環(huán)節(jié)，取得了一定效果，但我國目前依然是一個發(fā)展中國家，在機電一體化技術(shù)領(lǐng)域仍然屬于發(fā)展和探索階段，在很多方面與國際先進水平仍然存在一定的差距。具體來說，我國目前機電一體化技術(shù)在應用于煤礦行業(yè)中時存在以下問題。

煤礦行業(yè)是一個高危行業(yè)，很多企業(yè)為了避免安全事故的發(fā)生，確保煤礦的安全生產(chǎn)，制定了相當嚴格的安全管理制度，這其中就包含了與機電一體化相關(guān)的管理制度規(guī)范，出發(fā)點是好的。但是在具體執(zhí)行貫徹的過程中，員工的重視程度普遍不高，企業(yè)的規(guī)章制度只是為了應付上級檢查，形式問題嚴重。負責監(jiān)督的管理人員責任心不強，造成了安全隱患的增多，從而容易導致安全事故的發(fā)生。

信息社會最顯著的特點就是智能化和網(wǎng)絡化，煤礦行業(yè)也是如此，由于機電設備能為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益，因此這些年煤礦企業(yè)都加大了機電設備的投入。但是由于信息技術(shù)更新較慢，導致很多機電設備老化、對設備的維修工作不到位、在采煤過程中超負荷運行等，影響了工作效率[9]。

在煤礦生產(chǎn)過程中，機電設備的管理人員的專業(yè)素質(zhì)不強，對一些操作技術(shù)要領(lǐng)未能深入了解，隨意性強，沒有足夠的安全防范意識等都有可能給煤礦生產(chǎn)帶來影響后果。

6 機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢

6.1 網(wǎng)絡化

對機電設備采取遠程監(jiān)控已經(jīng)成為煤礦行業(yè)發(fā)展機電一體化技術(shù)的必然選擇?？刂平K端要始終保持對運行系統(tǒng)的控制和監(jiān)視，這樣才能對井下設備的工作狀態(tài)進行檢測。我國目前在這方面做的還不夠普及，很多規(guī)模較小的煤礦企業(yè)還沒有能力實現(xiàn)機電設備的遠程監(jiān)控，仍然以人工的方式運行整個操作系統(tǒng)，消耗了大量的時間成本。而一些發(fā)達國家則在采煤機上安裝調(diào)制解調(diào)器，利用電纜將信號傳到調(diào)制解調(diào)器上，然后再傳到地面控制中心，節(jié)省了大量時間，提高了工作效率[10]。

6.2 智能化

機電一體化技術(shù)發(fā)展的最終結(jié)果是實現(xiàn)設備的自動化和智能化，一切操作都是計算機自動完成的，整個過程無需人力的參與?，F(xiàn)在雖然還沒有完全達到這種地步，但是只能機器人的出現(xiàn)已經(jīng)取代了一大部分的勞動力，只是在一些關(guān)鍵技術(shù)上保留由人親自操作。這種先進的智能化模式在一些規(guī)模大，資金雄厚的企業(yè)已經(jīng)成為現(xiàn)實了，但就目前經(jīng)濟的發(fā)展水平來說，要將智能化的機電設備普及到煤礦行業(yè)的所有領(lǐng)域中，還需要時間的檢驗和信息技術(shù)的不斷發(fā)展。

6.3 集成化

PLC控制技術(shù)的應用提高了煤礦機電設備的控制能力，并進一步提高了機電設備的集成化水平，使得機電設備具有體積小、功能強的特點。就目前來看，煤礦生產(chǎn)的需求越來越大，PLC控制技術(shù)會進一步得到推廣，從而提高煤礦生產(chǎn)的安全性與可靠性[11]。

7 對我國煤礦機電一體化技術(shù)的思考

自從國家實施863計劃以來，我國在很多高科技領(lǐng)域都實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，機電一體化技術(shù)作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的代表，同樣取得了很大的進步，盡管與國際先進水平仍然還存在較大的差距，但只要深入了解機電一體化技術(shù)的特點，對傳統(tǒng)產(chǎn)品的設備進行改造和創(chuàng)新，這種差距就會不斷被縮小。

在未來機電一體化技術(shù)應用領(lǐng)域中，計算機應成為機電設備的核心，因為在礦井中作業(yè)時，空間狹小，行動不便。而計算機的優(yōu)點就在于體積小，對信息的存儲量大，并且對工作過程中發(fā)生的意外和潛在的安全隱患，能做出快速的反應，從而可以減少企業(yè)的損失和安全事故的發(fā)生。

對于應用在煤礦領(lǐng)域的機電一體化的新產(chǎn)品，要在設備上安裝信號較強的通訊功能，以便于礦井中的工作狀態(tài)能夠及時地傳達給地面控制中心，有利于機電一體化設備的遠程監(jiān)控。

對于煤礦中使用的傳感器，要使其使用周期變長，同時也要向智能化、自動化方向發(fā)展，這樣就有利于傳感器在惡劣的環(huán)境中依然能夠正常的測量和分析數(shù)據(jù)信息，然后自我判斷和實行決策。

整體上依然要學習和借鑒國外的先進經(jīng)驗和技術(shù)水平，查找自身產(chǎn)品出現(xiàn)問題的原因，提高煤礦產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化水平，最終達到煤礦的自動化生產(chǎn)。

8 結(jié)語

機電一體化是現(xiàn)代信息社會發(fā)展的結(jié)晶，煤礦機電一體化技術(shù)是實現(xiàn)整個煤礦行業(yè)一體化的基礎(chǔ)，其智能化、自動化的特點，以及自我維護、自我調(diào)節(jié)、自我控制的生產(chǎn)狀態(tài)使得越來越多的企業(yè)將其作為能否在市場競爭中取得優(yōu)勢的重要標準。隨著科技的發(fā)展，機電一體化技術(shù)的研究工作也在不斷的深入，煤礦機電一體化的規(guī)范性、通用性以及標準性會得到一定程度的提高，使得煤礦企業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率都得到相應地提高，更會給企業(yè)的經(jīng)濟效益帶來積極的影響。

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