現(xiàn)代化礦井中礦山機(jī)械裝備的應(yīng)用分析

薛 超

（冀中能源機(jī)械裝備集團(tuán)有限公司邢臺(tái)機(jī)械廠(chǎng)，河北 邢臺(tái) 054000）

現(xiàn)代化礦井指的是在礦山生產(chǎn)中應(yīng)用先進(jìn)的開(kāi)采設(shè)備，主要涉及液壓支架、刮板輸送機(jī)、開(kāi)采機(jī)、帶式輸送機(jī)等，在這些設(shè)備的推動(dòng)下，顯著提升了礦山生產(chǎn)效率和安全性，實(shí)現(xiàn)了智能開(kāi)采和無(wú)人開(kāi)采，為我國(guó)礦山生產(chǎn)的良好發(fā)展提供了極其強(qiáng)大的動(dòng)力。接下來(lái)筆者簡(jiǎn)要分析了幾種礦山機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用，隨后闡述了無(wú)人工作面開(kāi)采和智能綜采。

1 幾種現(xiàn)代化礦井中機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用

1.1 液壓支架裝備

液壓支架是現(xiàn)代化礦井內(nèi)極為重要的機(jī)械設(shè)備，其作用是對(duì)礦井內(nèi)已開(kāi)采完畢的區(qū)域進(jìn)行分離，使已采區(qū)域的頂板得到良好支撐，這樣工作區(qū)就不會(huì)進(jìn)入巖石，工作人員的生命安全也可得到充分保障。為了提升液壓支架的應(yīng)用效果，近年我國(guó)對(duì)此做了很多研究，基本是從液壓支架和周?chē)鷰r石之間的關(guān)系入手，以此為基礎(chǔ)，現(xiàn)代化礦井中的液壓支架有效性得到了顯著提升，而且對(duì)液壓支架所用鋼材的強(qiáng)度以及焊接性能做了增強(qiáng)、將現(xiàn)代化電子系統(tǒng)和液壓支架做了連接，以此提高了液壓支架的可控性[1]。我國(guó)現(xiàn)有的液壓支架不僅性能在不斷增強(qiáng)，而且可用于多種礦井和巖石結(jié)構(gòu)中，一些地形特別復(fù)雜的礦井也可通過(guò)液壓支架有效提升安全性。類(lèi)型包括厚煤層一次開(kāi)采全高支架、輕型支架、三軟難開(kāi)采支架、大傾角支架等，在高度方面，可適用于1.75m～7.4m的支撐要求，在支撐能力方面，可輕松抵抗19800kN的壓力，因此液壓支架的應(yīng)用范圍在不斷拓展拓展，促進(jìn)了我國(guó)煤炭生產(chǎn)安全、穩(wěn)定的發(fā)展。

1.2 開(kāi)采機(jī)

現(xiàn)代化礦井中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)開(kāi)采，開(kāi)采機(jī)在其中發(fā)揮著非常重要的作用，開(kāi)采效率因此得到了顯著提升，而且很多由人工開(kāi)采所可能導(dǎo)致的安全隱患和各種問(wèn)題都可以避免，可以說(shuō)開(kāi)采機(jī)對(duì)現(xiàn)代化開(kāi)采的現(xiàn)實(shí)意義十分巨大。在我國(guó)的現(xiàn)代化礦井中，電牽引研發(fā)和電牽引改進(jìn)是主要的開(kāi)采機(jī)類(lèi)型，在調(diào)速方式上共有三種，分別為電磁轉(zhuǎn)差離合器、交流變頻、開(kāi)關(guān)磁阻，我國(guó)的開(kāi)采機(jī)相較于西方發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定差距，主要集中在傳感器、故障檢測(cè)、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)等工作環(huán)節(jié)，但和過(guò)去相比，我國(guó)開(kāi)采機(jī)在開(kāi)采效率、工作安全性等方面的提升非常明顯，整體一直在不斷進(jìn)步。當(dāng)前交流變頻電牽引開(kāi)采機(jī)的應(yīng)用比較廣泛，我國(guó)的相關(guān)研究也主要以這種開(kāi)采機(jī)為基礎(chǔ)，且結(jié)合加變頻器箱、電控箱可以直接控制開(kāi)采機(jī)。當(dāng)前我國(guó)開(kāi)采機(jī)在故障檢測(cè)和牽引保護(hù)等方面的表現(xiàn)也非常好，隨著相關(guān)研究的不斷深入，各項(xiàng)性能都在不斷提升，推動(dòng)了現(xiàn)代化礦山生產(chǎn)的良好發(fā)展。

1.3 帶式輸送機(jī)

現(xiàn)代化礦井的生產(chǎn)安全性相較于過(guò)去已經(jīng)有了很大提升，而且當(dāng)前也越來(lái)越重視應(yīng)用帶式輸送機(jī)，并加強(qiáng)了相關(guān)研究，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，帶式輸送機(jī)的整體水平越來(lái)越高，無(wú)論在輸送能力還是穩(wěn)定性上相較于過(guò)去都得到了顯著增強(qiáng)[2]。帶式輸送機(jī)在現(xiàn)代化礦井中的作用主要是負(fù)責(zé)對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行連接，通過(guò)輸送機(jī)的繞行輸送帶可以帶動(dòng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，而且能夠傳輸物品，目前在現(xiàn)代化礦井中所使用的帶式輸送機(jī)最大寬度約為210cm，運(yùn)行速度為每秒5m。帶式輸送機(jī)有滾筒和傳送帶，二者之間的摩擦力比較大，傳輸過(guò)程中，可以在傳輸機(jī)分支上放置物品，然后輸送機(jī)會(huì)在滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)下開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣就可以將物品輸送至指定位置。另外，在各種流水運(yùn)輸中也可以對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行應(yīng)用，這樣不僅令運(yùn)輸有效性得到了顯著提升，而且減少了現(xiàn)代化礦井對(duì)人力的需求，進(jìn)一步增強(qiáng)了開(kāi)采效率和安全性。

1.4 刮板輸送機(jī)

刮板輸送機(jī)由刮板鏈連接輸送機(jī)各處，負(fù)責(zé)輸送的位置是輸送槽，在現(xiàn)代化礦井中刮板輸送機(jī)的應(yīng)用也非常廣泛，而且煤炭開(kāi)采是否能夠順利進(jìn)行和刮板輸送機(jī)有很大關(guān)系，如果刮板輸送機(jī)出現(xiàn)了故障問(wèn)題，導(dǎo)致物料無(wú)法順利運(yùn)輸，那么必須停止開(kāi)采工作，在修復(fù)刮板輸送機(jī)以后才可繼續(xù)開(kāi)采?，F(xiàn)代化礦井中的刮板輸送機(jī)共有兩種運(yùn)輸方式，分別為橫向運(yùn)輸和豎向運(yùn)輸，相較于帶式輸送機(jī)，刮板輸送機(jī)有很多不同點(diǎn)，比如在偏斜角度的運(yùn)輸當(dāng)中，帶式輸送機(jī)的使用更廣，而如果需要向斜上方運(yùn)輸物料，那么使用刮板運(yùn)輸機(jī)過(guò)程中還需要進(jìn)行防滑處理，以此令物料傳輸能夠順利進(jìn)行。在科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)下，刮板輸送機(jī)的整體性能相較于過(guò)去得到了很大提升，當(dāng)前我國(guó)針對(duì)刮板輸送機(jī)所做的研究偏向運(yùn)輸數(shù)量、重量以及可靠性，希望通過(guò)對(duì)這幾方面的提升可進(jìn)一步增強(qiáng)刮板輸送機(jī)的性能?，F(xiàn)階段我國(guó)在現(xiàn)代化礦井中用的刮板輸送機(jī)長(zhǎng)度約為350m，輸送槽的寬度約為1400mm，故障率方面通過(guò)軟啟動(dòng)得到了有效降低，使用壽命、效率等也在不斷提升，這些都保障了現(xiàn)代化礦井生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

2 無(wú)人工作面開(kāi)采和智能綜采中的機(jī)械設(shè)備

在無(wú)人工作面開(kāi)采和智能綜采中所使用的機(jī)械設(shè)備和前文介紹的設(shè)備基本相同，其中最主要的設(shè)備是開(kāi)采機(jī)，因此本文接下來(lái)將對(duì)開(kāi)采機(jī)而運(yùn)動(dòng)路線(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)介紹，同時(shí)分析了相關(guān)原理。

2.1 開(kāi)采機(jī)的運(yùn)動(dòng)路線(xiàn)

使用開(kāi)采機(jī)過(guò)程中要通過(guò)中液壓支架為其提供保護(hù)，可以將開(kāi)采機(jī)和刮板輸送機(jī)連接在一起，然后在刮板輸送機(jī)的帶動(dòng)下開(kāi)采。在運(yùn)行方向上和工作面保持垂直，刮板運(yùn)輸機(jī)的推動(dòng)力就是開(kāi)采機(jī)的運(yùn)行動(dòng)力，開(kāi)采過(guò)程中，首先以巷道為起點(diǎn)，然后隨著刮板運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)動(dòng)，以斜切和端部斜切的方式進(jìn)入礦壁[3]。在正常的工作狀態(tài)下，當(dāng)開(kāi)采機(jī)運(yùn)行到工作面的盡頭時(shí)需要調(diào)轉(zhuǎn)刮板運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸方向，同時(shí)合理調(diào)整滾筒的位置，下降前滾筒、升起后滾筒，這樣當(dāng)刮板運(yùn)輸機(jī)再次運(yùn)作時(shí)開(kāi)采機(jī)就可以向反方向繼續(xù)開(kāi)始開(kāi)采作業(yè)。當(dāng)采媒介運(yùn)行到輸送機(jī)的直線(xiàn)段時(shí)需要停止作業(yè)，并且將滾筒的位置進(jìn)行上下調(diào)換，然后重新開(kāi)采，這一過(guò)程中首先對(duì)三角區(qū)域進(jìn)行切割，當(dāng)?shù)V壁的垂直以后再調(diào)換滾筒，然后才可以正常作業(yè)。為了對(duì)開(kāi)采機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行明確，相關(guān)人員可以開(kāi)采機(jī)的運(yùn)動(dòng)空間為基礎(chǔ)，建立一個(gè)二維坐標(biāo)系，以此簡(jiǎn)化開(kāi)采機(jī)的運(yùn)行周期。其中平行于礦壁的部分可以設(shè)置為x軸，垂直于礦壁的部分可以設(shè)置為y軸，坐標(biāo)系上的0點(diǎn)可以開(kāi)采機(jī)的初始工作點(diǎn)基礎(chǔ)。坐標(biāo)系建立完成之后，切割深度可用h的代表，同時(shí)在開(kāi)采機(jī)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)進(jìn)行記錄，當(dāng)開(kāi)采機(jī)運(yùn)行是直線(xiàn)段停機(jī)后，向反方向繼續(xù)運(yùn)行。這樣通過(guò)坐標(biāo)系就可明確開(kāi)采機(jī)的具體運(yùn)行路線(xiàn)，有利于后期針對(duì)運(yùn)行路線(xiàn)對(duì)開(kāi)采機(jī)進(jìn)行調(diào)整，待調(diào)整過(guò)后就會(huì)獲得更好的工作效果，進(jìn)而提升開(kāi)采效率。

2.2 實(shí)現(xiàn)無(wú)人工作面開(kāi)采和智能綜采的原理

首先為整個(gè)系統(tǒng)配備了智能定位功能，在整體結(jié)構(gòu)上并不是非常復(fù)雜，主要由雙路直流穩(wěn)壓電源、速度計(jì)、陀螺儀等構(gòu)成，在串口計(jì)算機(jī)的引導(dǎo)下即可完成智能定位操作。定位系統(tǒng)中的導(dǎo)航功能用于陀螺儀和速度計(jì)，同時(shí)和開(kāi)采機(jī)進(jìn)行連接，在測(cè)量速度過(guò)程中，以三個(gè)直線(xiàn)加速度和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為基礎(chǔ)，同時(shí)結(jié)合基準(zhǔn)坐標(biāo)系可以對(duì)開(kāi)采機(jī)的水平、姿態(tài)、方向、位置、速度等進(jìn)行確定。智能定位系統(tǒng)地輸出信號(hào)可以通過(guò)電壓來(lái)表示，其中雙電流和雙電路可以通過(guò)雙路直流穩(wěn)壓電源進(jìn)行顯示，這樣工作人員就可獲得詳細(xì)的開(kāi)采機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，可為后續(xù)開(kāi)采工作提供有效參考。其次，可以串聯(lián)或者并聯(lián)整個(gè)智能綜采系統(tǒng)，以此為系統(tǒng)提供過(guò)載保護(hù)。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，串口計(jì)算機(jī)也可以及時(shí)獲取運(yùn)行中的各種信息，一旦出現(xiàn)過(guò)載信息時(shí)會(huì)顯示在計(jì)算機(jī)上，然后就可以及時(shí)調(diào)整[4-6]。在開(kāi)采機(jī)的定位方面，速度計(jì)和陀螺儀可以及時(shí)反映出開(kāi)采機(jī)的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)被傳感器獲取以后，會(huì)及時(shí)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，然后由計(jì)算機(jī)對(duì)開(kāi)采機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析。采集并分析開(kāi)采機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)時(shí)所使用的方式是數(shù)學(xué)解析運(yùn)算，傳感器在獲取各項(xiàng)數(shù)據(jù)以后可以通過(guò)數(shù)值的方式傳輸給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)在分析完畢之后可以建立姿態(tài)矩陣，在姿態(tài)矩陣的基礎(chǔ)上可以轉(zhuǎn)換加速度和角速度，然后就可以計(jì)算并分解出三個(gè)線(xiàn)速度，以及開(kāi)采機(jī)的實(shí)際位移和具體位置。如果開(kāi)采機(jī)的運(yùn)行只維持在二維平面上，那么在獲取開(kāi)采機(jī)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)時(shí)只需要兩個(gè)加速度傳感器和一個(gè)陀螺儀，采集到相關(guān)數(shù)據(jù)以后可以利用函數(shù)和積分求解，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)采機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的科學(xué)分析和規(guī)劃。智能定位功能適用于工作環(huán)境較為復(fù)雜的礦井中，因此可能會(huì)對(duì)其造成影響的因素非常多，比如地質(zhì)、溫度、濕度等，另外受漂移性的影響，陀螺儀會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)誤差，進(jìn)而影響開(kāi)采機(jī)狀態(tài)分析的準(zhǔn)確性，就這一點(diǎn)還需要要深入研究，以此才能夠真正保障無(wú)人工作面開(kāi)采和智能綜采的順利進(jìn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著礦上生產(chǎn)的不斷發(fā)展，很多基于現(xiàn)代科技的機(jī)械設(shè)備都被應(yīng)用到了礦井中，推動(dòng)了我國(guó)礦山生產(chǎn)的現(xiàn)代化發(fā)展。但在具體的細(xì)節(jié)方面，我國(guó)相當(dāng)于西方發(fā)達(dá)國(guó)家還存在一些距離，因此仍需要不斷研究，進(jìn)一步加強(qiáng)礦山生產(chǎn)對(duì)機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用，這樣才能不斷提升礦山生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，滿(mǎn)足社會(huì)發(fā)展和人們?nèi)粘Ｉ顚?duì)各種礦物資源的需求。