淺談煤礦采煤技術(shù)的發(fā)展與采煤自動化技術(shù)

趙永剛

【摘 要】現(xiàn)階段，自動化技術(shù)在煤礦領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，要提升煤礦開采的自動化水平，就必須從采煤、掘進、運輸?shù)热轿蛔龊米詣踊夹g(shù)的裝備更新，才能使整個煤礦開采行業(yè)處于自動化技術(shù)應(yīng)用的先進行列，才能有效的提高整個煤礦行業(yè)的總體生產(chǎn)能力。

【關(guān)鍵詞】煤礦；采煤技術(shù)；發(fā)展；自動化技術(shù)

一、國內(nèi)的采煤機應(yīng)用分析

在國外的煤礦開采中，液壓支架的電液體控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。這項系統(tǒng)是綜合開采機械操控中實現(xiàn)高效和高產(chǎn)的主要技術(shù)力量。如何能夠有效的推進電氣自動化技術(shù)在煤礦開采中的使用范圍，是國內(nèi)煤炭行業(yè)得到長遠發(fā)展的主要動力和方向。從我國目前的煤礦開采情況來看，地質(zhì)條件越來越復雜，而煤炭需求量又越來越高。那就必須從實際情況出發(fā)，加強對煤炭新型自動化技術(shù)的應(yīng)用分析和研究，并且注重對采煤設(shè)備的更新和功能升級，確保通過技術(shù)力量來改善當前的煤礦開采難度和精確度。

二、采煤技術(shù)的綜合發(fā)展

1.運輸技術(shù)的應(yīng)用

在綜合性機械化煤礦開采中，刮板輸送機是最常用的設(shè)備。該設(shè)備除了運輸煤炭外，還能夠在環(huán)境搭設(shè)初期和結(jié)束后進行采煤機械設(shè)備中軌道運行，支架的支點使用。并進行已經(jīng)固定的采煤機的有鏈裝置拉緊，無鏈牽引的固定等。同時，還能夠?qū)ぷ髅娴拿涸M行清理。協(xié)助放置電纜，水管及乳化液膠管等。

2.采煤技術(shù)發(fā)展中的裝備

設(shè)備上多以橫向布置的電機，通過變頻變速來做無鏈牽引等。其設(shè)備特點主要為主機架為整理或者大框架焊接，剛性強，安裝獨立，部件之間無動力傳遞，各作用力都有主機架承受。搖臂采取與主機連接懸掛的形式，不存在回轉(zhuǎn)，運作功率大，轉(zhuǎn)速低。銷排式的無鏈牽引系統(tǒng)，作用力大，工作平穩(wěn)，能夠適用于底板起伏不平的工作地面。設(shè)備的運行靠的是計算機控制，比較簡單易于操作，能夠通過顯示器進行狀態(tài)的實時監(jiān)控。煤礦環(huán)境中的設(shè)備運行狀況都以中文內(nèi)容進行準確的顯示，比較適合國內(nèi)煤礦企業(yè)的實際運用。

3.機械化的采煤技術(shù)工藝發(fā)展

采煤機械化在工藝實施上主要是通過短臂開采，長臂開采或者兩者的相互協(xié)作來進行的開采。（1）短臂的開采主要是進行上下兩個端頭的快速開采作業(yè)和進行的巷道回采的機械化快速割煤。這種工藝常用在中小規(guī)模礦井的煤層傾斜不高或者較厚煤層的開采中，或者是在大型礦井中回采段受限，不適合長臂綜采的施工煤層。（2）長壁開采是借助綜采成套設(shè)備形成的一種開采方式。工作面的布置以回風及運輸平巷，開切眼組成，具有良好的通風系統(tǒng)。通過增加長壁工作面長度就能增加一刀割下的煤炭量，從而避免了對進刀及端頭作業(yè)的長時間影響，極高的提升了生產(chǎn)量。綜采長度以每日產(chǎn)量最低為標準，制約長度的因素是施工地質(zhì)環(huán)境或者刮板輸送機的具體鋪設(shè)距離。（3）綜合開采技術(shù)是煤柱回采的新型方式，主要是針對已經(jīng)成型的巷道巷柱內(nèi)進行長壁工作面的設(shè)置。綜合開采在國家的中小型煤礦開采中具有非常重要的實用價值。

三、自動化系統(tǒng)在煤礦采煤中的應(yīng)用

1.試驗臺機械結(jié)構(gòu)及總體布置

變速器試驗臺是一個綜合了機械、電氣、液壓原理的機電系統(tǒng)。其具體工作原理是驅(qū)動電機連續(xù)輸入額定轉(zhuǎn)速和扭矩，以模擬變速器在煤礦采煤工作中的輸入工況。由于驅(qū)動電機最高轉(zhuǎn)速的限制，往往無法達到發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速的要求，因此，在驅(qū)動電機后加入一個升速齒輪箱，以滿足采煤系統(tǒng)的試驗?zāi)芰σ?。為了更接近礦區(qū)采煤的真實工況，在變速器輸入端增加一個慣量盤，其旋轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)動慣量與在離合器飛輪和傳動軸旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動慣量相同。試驗臺的末端是加載裝置及其匹配的冷卻系統(tǒng)，它能給變速器施加阻力矩，以模擬設(shè)備采煤時的負載和道路阻尼。

2.驅(qū)動設(shè)備的選擇

驅(qū)動設(shè)備需要給試驗變速器輸入試驗所要求的轉(zhuǎn)速和扭矩，驅(qū)動設(shè)備可以采用內(nèi)燃機，也可以采用電動機作為輸入動力源。兩種不同的動力源均有其各自不同的優(yōu)缺點。采用內(nèi)燃機作為采煤系統(tǒng)驅(qū)動端，使得試驗更加接近變速器在采煤應(yīng)用中的實際工況。但是內(nèi)燃機也有較多缺點，比如噪聲大，產(chǎn)生的廢氣污染環(huán)境，而且內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速和扭矩不易控制，會導致試驗結(jié)果產(chǎn)生較大的誤差。采用電動機作為試驗臺動力源有噪音小、占地面積小、啟停方便、無污染、易于控制等優(yōu)點。正是因為采用電動機作為試驗臺動力源具有較多的優(yōu)點，目前電動機已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各種煤礦傳動系統(tǒng)試驗設(shè)備上。

3.加載裝置的選擇

加載裝置在整個采煤系統(tǒng)中為被測變速器施加負載轉(zhuǎn)矩，目前主流的工業(yè)設(shè)備一般采用測功機作為加載裝置。測功機一般用于測試發(fā)動機的功率，也可作為齒輪箱、減速機、變速箱試驗設(shè)備的負載裝置。測功機主要由功率吸收、負載調(diào)速、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)和冷卻部分組成。根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩輸出方式的不同，一般可以將測功機分為水力測功機、電力測功機和電渦流測功機三種。自動化采煤系統(tǒng)一般采用開式布局，在保證試驗需求的情況下，基于上表的三種測功機的性能對比，采用電渦流測功機較適合于基礎(chǔ)的自動化采煤系統(tǒng)。該文采用一臺長沙湘儀動力測試儀器有限公司生產(chǎn)的CW-150系列電渦流測功機作為研究對象，其額定吸收功率為150kW，額定扭矩為520N·m，額定轉(zhuǎn)速為2500rpm。

4.發(fā)動機速度特性分析

該文所建立的自動化采煤系統(tǒng)模型，選用交流異步電機作為試驗臺架的驅(qū)動系統(tǒng)，驅(qū)動試驗變速器及負載機構(gòu)的運轉(zhuǎn)。這里所選用的驅(qū)動電機應(yīng)能完全覆蓋被測變速器所匹配采煤設(shè)備發(fā)動機的全部性能和運行工況，同時還應(yīng)具備轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)能力。為了使試驗結(jié)果更加準確，這里我們先要對發(fā)動機的速度特性進行簡要分析，從而為異步電機參數(shù)的確定提供理論依據(jù)。

5.驅(qū)動電機主要參數(shù)的確定

在確定了采用交流異步電機作為驅(qū)動電機之后，就必須確定驅(qū)動電機的各種參數(shù)，從而完成異步電機驅(qū)動的變速器試驗臺動力學仿真。而部分電動機參數(shù)的確定必須參照發(fā)動機相關(guān)參數(shù)的確定原則，這樣才能提高驅(qū)動電機模擬發(fā)動機驅(qū)動的精確度。對于任意的一臺異步電機，它的參數(shù)例如定子電阻、轉(zhuǎn)子電阻、定子漏感、轉(zhuǎn)子漏感、定轉(zhuǎn)子互感、電機極對數(shù)以及轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量等是異步電機所固有的參數(shù)，需要通過電動機試驗進行選定。而對于額定功率、額定轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)矩等動力學參數(shù)，需要根據(jù)電動機所使用的特定場合進行選定。由于這里是用異步電機模擬汽車發(fā)動機作為驅(qū)動源，則其動力學參數(shù)參照發(fā)動機的參數(shù)確定則。

四、結(jié)語

綜上所述，機械自動化技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用，對于提高煤礦生產(chǎn)效率及生產(chǎn)安全性發(fā)揮了重要的作用。通過機械化作業(yè)可以大大節(jié)省人工勞動，將各種機械綜合化使用，能夠有效提高采煤量。煤礦企業(yè)應(yīng)該注意自身生產(chǎn)管理方式的改進，促進技術(shù)創(chuàng)新，推進煤炭生產(chǎn)行業(yè)發(fā)展。總之，電氣自動化對煤礦企業(yè)的生產(chǎn)具有至關(guān)重要的作用，在煤炭資源如此稀缺的今天，企業(yè)需要不斷創(chuàng)新技術(shù)，為我國煤礦開采事業(yè)的發(fā)展保駕護航，增強煤炭企業(yè)可持續(xù)發(fā)展和整體競爭力。

【參考文獻】

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