機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)械化采煤中的應(yīng)用

劉明龍

（山東棗莊礦業(yè)集團(tuán)田陳煤礦機(jī)電科，山東 棗莊 277000）

現(xiàn)階段，煤礦開采行業(yè)的機(jī)械化程度呈現(xiàn)逐步提升的趨勢，煤炭行業(yè)的發(fā)展進(jìn)入了持續(xù)增長的新階段，在此過程中機(jī)電一體化技術(shù)起到了關(guān)鍵作用。機(jī)械化采煤中應(yīng)用的機(jī)電一體化技術(shù)集合了現(xiàn)代化的信息技術(shù)、電氣工程和自動化等多種學(xué)科，引入現(xiàn)代化的高效開采技術(shù)，不斷研發(fā)新型開采設(shè)備和技術(shù)，優(yōu)化傳統(tǒng)的煤礦機(jī)電設(shè)備機(jī)組，對于煤炭企業(yè)生產(chǎn)效益的提升具有重要意義。

1 機(jī)電一體化技術(shù)概述

1.1 概念

在機(jī)械化采煤的過程中，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用主要是將各類電子技術(shù)和信息化技術(shù)融入到設(shè)備機(jī)組的開發(fā)中，并基于此對煤礦開采設(shè)備機(jī)組的主控制系統(tǒng)、總控制功能和信息傳輸模塊進(jìn)行總體優(yōu)化和改進(jìn)，同時(shí)通過將電子技術(shù)嵌入到機(jī)組的軟硬件部分，來架設(shè)一個(gè)機(jī)電一體化的自動化煤礦開采機(jī)組體系。為了有效提升機(jī)電設(shè)備機(jī)組的作業(yè)質(zhì)量和效率，機(jī)電一體化技術(shù)的推行需要對設(shè)備的硬件和軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整和創(chuàng)新，同時(shí)應(yīng)用各類現(xiàn)代化的非金屬復(fù)合型材料，以此來推進(jìn)采煤機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)的微型化和高效化發(fā)展，同步增強(qiáng)控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減少機(jī)組設(shè)備的能源資源綜合消耗。

1.2 核心技術(shù)

機(jī)電一體化技術(shù)的核心就在于硬件技術(shù)和軟件技術(shù)，硬件技術(shù)主要是指機(jī)械化采煤設(shè)備硬件本體的技術(shù)，應(yīng)用各類現(xiàn)代化的生產(chǎn)模式來進(jìn)行設(shè)備硬件的優(yōu)化和改造，讓后期投入使用采煤設(shè)備的性能更為高效；軟件技術(shù)則主要指應(yīng)用各類自動化技術(shù)和信息化技術(shù)來進(jìn)行機(jī)電設(shè)備機(jī)組的整體控制與調(diào)整，讓設(shè)備機(jī)組始終處于科學(xué)運(yùn)作的狀態(tài)下，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)備使用說明的延長和作業(yè)效率的提升，對于系統(tǒng)研發(fā)成本的減少具有重要意義[1]。

現(xiàn)階段，應(yīng)用于機(jī)械化采煤中的機(jī)電一體化技術(shù)主要包括信息處理技術(shù)、接口技術(shù)和傳感技術(shù)。信息處理技術(shù)主要是對采煤機(jī)電設(shè)備作業(yè)產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的記錄、上傳和分析，從數(shù)據(jù)層面切實(shí)來保證機(jī)組設(shè)備整體運(yùn)行穩(wěn)定性，同時(shí)能夠有效加強(qiáng)機(jī)械化采煤的信息傳輸速度。接口技術(shù)則是指利用統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)設(shè)備來綜合控制整個(gè)機(jī)組設(shè)備，并通過計(jì)算機(jī)設(shè)備與不同電設(shè)備間的接口來進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和大容量化的指令下達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)化管理。傳感技術(shù)則是采用非接觸檢測的形式來對煤礦機(jī)電設(shè)備的運(yùn)作過程進(jìn)行檢查和上報(bào)，從而能夠及時(shí)接收到設(shè)備的運(yùn)作信息，有利于對機(jī)械化采煤機(jī)組設(shè)備作業(yè)的全方位把控。

2 機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)械化采煤中應(yīng)用的優(yōu)勢分析

2.1 提升了采煤設(shè)備作業(yè)的安全性

在機(jī)械化采煤的過程中，工作人員需使用大量的機(jī)電設(shè)備，并通過控制其操作桿和控制臺來操作這部分機(jī)電設(shè)備，這一定程度上對操作人員的操作技能有著要求。在進(jìn)行設(shè)備控制的過程中，一旦操作人員出現(xiàn)操作力度不當(dāng)?shù)痊F(xiàn)象，就極易導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備失控等問題的發(fā)生，而機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用則是用現(xiàn)代化的電氣設(shè)備來操控采煤機(jī)電設(shè)備，不僅能夠有效降低機(jī)械化采煤設(shè)備的操作難度，同時(shí)也提升了采煤設(shè)備作業(yè)的安全性。

2.2 增強(qiáng)了設(shè)備操作的便利性

機(jī)械化采煤所應(yīng)用的機(jī)電設(shè)備在使用一段時(shí)間后會發(fā)生故障，傳統(tǒng)的機(jī)電操作方式只能通過人工操作來進(jìn)行日常作業(yè)，總體的設(shè)備操作程序較為復(fù)雜，且傳統(tǒng)作業(yè)模式中機(jī)械設(shè)備的故障只能通過人工定期排查和故障維修等方式來發(fā)現(xiàn)故障，而現(xiàn)階段所應(yīng)用的機(jī)電一體化技術(shù)則能夠自動控制機(jī)電設(shè)備組的各項(xiàng)操作，而設(shè)備的故障信息則能夠通過傳感器和信息傳輸接口等方式傳輸?shù)娇偪嘏_上，設(shè)備檢修和維護(hù)操作的便利性也得到了有效增強(qiáng)。

2.3 降低了工作人員的勞動強(qiáng)度

機(jī)械一體化技術(shù)在機(jī)械化采煤過程中的應(yīng)用能夠有效降低工作人員的勞動強(qiáng)度，與傳統(tǒng)采煤設(shè)備機(jī)組對比，機(jī)電一體化技術(shù)所應(yīng)用的機(jī)械化設(shè)備的操作和移動具有較強(qiáng)的便捷性，這能夠直接將工作人員從繁重的采煤工作中脫離出來，同時(shí)也能夠切實(shí)保證設(shè)備機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，一定程度上提升了工作人員煤礦開采的質(zhì)量和效率運(yùn)作成本，具有重要意義[2]。

3 機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)械化采煤中的應(yīng)用現(xiàn)狀

在機(jī)械化采煤的發(fā)展過程中，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用是智能設(shè)備與采煤機(jī)組融合的標(biāo)志，逐步將人工化的采煤工作轉(zhuǎn)化為自動化的采煤生產(chǎn)，不同類型煤礦所應(yīng)用的不同檢測儀器能夠讓工作人員迅速了解煤礦的各項(xiàng)數(shù)據(jù)和信息。

3.1 開采智能化

在我國煤礦企業(yè)機(jī)械化水平持續(xù)提升的大背景下，各煤礦工作人員在采煤工作的初期就能夠準(zhǔn)確測到煤礦及資源的具體位置，一定程度上加快了采煤工作的整體節(jié)奏和進(jìn)度，減少了用于煤礦探測的施工時(shí)間。應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)來開展采煤工作不僅能夠全面勘測煤礦各區(qū)域的具體情況，還能夠充分利用各類現(xiàn)代化的智能設(shè)備進(jìn)行穩(wěn)定安全的采煤作業(yè)，切實(shí)提升了采煤作業(yè)的階段性質(zhì)量和效率，推動了我國煤礦行業(yè)的高效化發(fā)展。

3.2 設(shè)備微型化

目前，我國大部分煤礦企業(yè)應(yīng)用的采煤設(shè)備機(jī)組體積正在逐步減小，機(jī)組的移動作業(yè)相對便捷，直接加快了煤礦作業(yè)的開采進(jìn)程[3]。同時(shí)其操作和控制的便捷性較強(qiáng)，主要應(yīng)用遠(yuǎn)程操控的模式來控制機(jī)械開采作業(yè)，能夠?yàn)殚_采人員營造一個(gè)相對安全和穩(wěn)定的作業(yè)環(huán)境，設(shè)備的微型化發(fā)展是機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用的主要價(jià)值所在。

3.3 操作自動化

在機(jī)械化采煤未引入機(jī)電一體化技術(shù)以前，煤礦開采人員需要對井下的開采情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的人工監(jiān)管與控制，難以第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)開采過程中的安全問題和隱患。整體作業(yè)的危險(xiǎn)系數(shù)較高，而機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用后開采人員則可通過監(jiān)控系統(tǒng)和監(jiān)控平臺來實(shí)時(shí)監(jiān)控煤礦開采的內(nèi)部情況，同時(shí)警報(bào)系統(tǒng)也能夠?qū)崟r(shí)預(yù)警和報(bào)警相應(yīng)的安全隱患與事故狀況，能夠有效加強(qiáng)管理人員對開采進(jìn)度的控制與管理，整體的開采作業(yè)呈高度自動化態(tài)勢。

4 機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)械化采煤中的具體應(yīng)用探討

機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)械化采煤過程中的應(yīng)用已較為廣泛，各煤炭企業(yè)都已意識到機(jī)電一體化技術(shù)的科學(xué)性和優(yōu)越性，逐步引進(jìn)了多種科學(xué)的開采技術(shù)，應(yīng)用到了煤礦監(jiān)測、采煤、裝載、提升、運(yùn)輸和監(jiān)控等過程，直接推動了煤炭產(chǎn)量和開采安全性的直線上升。

4.1 環(huán)境監(jiān)測

在現(xiàn)階段機(jī)械化采煤過程中，采煤隊(duì)伍開展作業(yè)計(jì)劃的第一要素就是保證環(huán)境的安全性。而機(jī)電一體化技術(shù)的引入，則能夠有效優(yōu)化機(jī)械化采煤的環(huán)境監(jiān)測工作，通過無線探測和自動化預(yù)警等技術(shù)來把控各環(huán)節(jié)機(jī)械化采煤的作業(yè)狀況，從開采環(huán)境和開采設(shè)備兩個(gè)角度來進(jìn)行機(jī)械化采煤環(huán)境的綜合監(jiān)測[4]。

在機(jī)電一體化環(huán)境監(jiān)測的過程中，系統(tǒng)設(shè)備能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)前方開采環(huán)境和設(shè)備實(shí)施開采狀態(tài)中存在的各類問題和隱患，同時(shí)能夠準(zhǔn)確指出存在問題和隱患的部位。此項(xiàng)功能不僅能夠有效消除人工環(huán)境監(jiān)測的弊端，還能夠有效加強(qiáng)機(jī)械化采煤進(jìn)程環(huán)境監(jiān)測的精準(zhǔn)性。一定程度上減少了機(jī)械化采煤應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測的人工和機(jī)械成本，同時(shí)大大降低了機(jī)械化采煤環(huán)境監(jiān)測的難度，未來實(shí)現(xiàn)機(jī)械化采煤環(huán)境監(jiān)測的自動化和智能化運(yùn)作。

4.2 采煤過程

機(jī)電一體化在機(jī)械化采煤過程中的應(yīng)用最為顯著的體現(xiàn)就是電牽引采煤機(jī)的引入，此種設(shè)備能夠在較短時(shí)間內(nèi)自動尋找合適的煤礦開采點(diǎn)，并且能夠確保開采過程中礦井內(nèi)壁受力的均勻性。電牽引采煤機(jī)在實(shí)際的采煤過程中有著較強(qiáng)的牽引性和高動能，能夠較大限度上克服采煤過程中的阻力，及時(shí)控制采煤機(jī)的下滑狀況，同時(shí)也具有操作簡單和適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢，此類設(shè)備能夠有效提升機(jī)械化采煤作業(yè)的工作效率和開采量，逐步成為了煤礦采煤過程中應(yīng)用較為廣泛的設(shè)備之一。在采煤過程中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)能夠有效加快煤礦開采的整體進(jìn)程，有利于保證煤礦開采人員的人身安全，同時(shí)也能夠切實(shí)增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)社會效益。

4.3 煤炭裝載

機(jī)電一體化技術(shù)在煤炭裝載過程中能夠有效加快煤炭的裝載速度，減少煤礦開采工作人員的煤炭裝載工作量和壓力，能夠讓煤炭企業(yè)將更多的人力資源投入到更高技術(shù)含量的工作過程當(dāng)中，對于激發(fā)煤炭開采人員的工作積極性和工作熱情具有重要作用。同時(shí)機(jī)電一體化的煤炭裝載工作也提高了煤炭企業(yè)的煤炭裝載效率，推動了企業(yè)經(jīng)濟(jì)、社會效益的綜合增長，能夠幫助企業(yè)在行業(yè)內(nèi)樹立良好的口碑和形象，提升了企業(yè)的綜合競爭力和行業(yè)影響力。

4.4 煤礦提升

機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦提升進(jìn)程中的應(yīng)用直接提升了煤礦提升機(jī)的自動化和一體化水平，內(nèi)裝式提升機(jī)和全數(shù)字式提升機(jī)的應(yīng)用在結(jié)構(gòu)和工作效率等方面具有顯著優(yōu)勢。內(nèi)裝式提升機(jī)主要采用驅(qū)動銅輥一體化的機(jī)械結(jié)構(gòu)，一定程度上優(yōu)化和簡化了設(shè)備機(jī)組的整體設(shè)備結(jié)構(gòu)，能夠真正意義上實(shí)現(xiàn)機(jī)械機(jī)組的自動化控制。全數(shù)字式的提升機(jī)則能夠充分利用場地總線的形式來管理和控制整個(gè)提升機(jī)設(shè)備機(jī)組，對于電器安裝運(yùn)行進(jìn)程的開展具有有效的優(yōu)化作用，同時(shí)也有利于保證設(shè)備機(jī)組軟硬件部分的有效兼容[5]。

4.5 煤炭運(yùn)輸

皮帶傳送是現(xiàn)階段煤礦企業(yè)進(jìn)行煤炭運(yùn)輸工作的主要形式，主要應(yīng)用帶式運(yùn)輸機(jī)來進(jìn)行煤炭運(yùn)輸，其主要優(yōu)點(diǎn)就在于設(shè)備機(jī)組的經(jīng)濟(jì)適應(yīng)性強(qiáng)，同時(shí)也存在著較易出現(xiàn)運(yùn)輸跑偏、斷帶和打滑等問題的缺陷。在此背景下，機(jī)電一體化技術(shù)引入了皮帶綜合保護(hù)裝置，保護(hù)裝置主要由隔爆腔和殼體來支撐作業(yè)，主要應(yīng)對帶式運(yùn)輸機(jī)作業(yè)過程中有可能出現(xiàn)的溫度過高、速度過慢、煤體堆積和打滑跑偏等問題。皮帶綜合保護(hù)裝置的額定輸入電壓需控制在36V或是AC127V，同時(shí)也需保障最高輸入電壓低于AC140V或是40V。此裝置的引入和應(yīng)用能夠有效提升皮帶運(yùn)輸進(jìn)程的質(zhì)量和效率，有效保證帶式運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸狀態(tài)的穩(wěn)定性和長距離運(yùn)輸?shù)陌踩?，同時(shí)也能夠有效縮短煤炭運(yùn)輸進(jìn)程的時(shí)間，其強(qiáng)大的實(shí)用性和功能性有效簡化了煤炭運(yùn)輸?shù)恼w進(jìn)程，提升了煤礦的運(yùn)輸速度和質(zhì)效。在運(yùn)輸坡度較大的情況下，煤礦開采人員可應(yīng)用機(jī)電一體化制動器來調(diào)整帶式運(yùn)輸?shù)闹苿恿啵饕{(diào)整為額定力矩的1.6倍至2倍，同時(shí)也能夠應(yīng)用傳感器所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)整，這能夠較大限度上減少煤炭大面積脫落問題的發(fā)生，有效保證煤炭運(yùn)輸設(shè)備的安全性并增加其使用壽命。

4.6 安全監(jiān)控

安全監(jiān)控是機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械化采煤中的重要表現(xiàn)，應(yīng)用于煤礦井下的通風(fēng)安全監(jiān)控和各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的安全監(jiān)控，有著較為強(qiáng)大的報(bào)警、模擬量、儲存、傳輸、處理和顯示功能，能夠全面監(jiān)控井下瓦斯、運(yùn)輸軌道、供電系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、壓力系統(tǒng)和各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的安全隱患等等，對各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行全方位的實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠有效減少安全事故的發(fā)生率。

安全監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用是建設(shè)機(jī)電一體化煤礦開采綜合管理系統(tǒng)的重要一環(huán)，能夠讓管理人員實(shí)時(shí)關(guān)注各開采環(huán)節(jié)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)自上而下的煤礦開采，系統(tǒng)化控制與管理，基本實(shí)現(xiàn)了井下安全監(jiān)控的半自動化。與此同時(shí)，安全監(jiān)控系統(tǒng)所應(yīng)用的遠(yuǎn)程遙控和微電腦編程命令的應(yīng)用則能夠在煤礦危險(xiǎn)地帶替代人工檢測，大大有利于保障井下煤礦開采人員的安全性，能夠切實(shí)保障煤礦開采計(jì)劃的順利實(shí)施。

5 機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)械化采煤中應(yīng)用的趨勢展望

隨著我國信息技術(shù)和智能機(jī)械的快速發(fā)展，未來機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)械采煤中的應(yīng)用將會日益普及和深入，同時(shí)也能夠與其他學(xué)科一同優(yōu)化機(jī)械化采煤的整體結(jié)構(gòu)和運(yùn)作機(jī)制，如模糊數(shù)學(xué)灰色理論等，此類現(xiàn)代化學(xué)科能夠有效保障機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)械化采煤進(jìn)程中的深度應(yīng)用。

6 結(jié)束語

綜上所述，機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦開采過程中的應(yīng)用有效提升了煤炭開采的質(zhì)量和效率，同時(shí)也保證了煤礦開采全程的安全性，直接推動了煤炭開采行業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展。因此相關(guān)工作人員就要充分把握機(jī)電一體化技術(shù)在煤炭開采環(huán)境監(jiān)測、開采過程、煤炭裝載、煤礦提升、煤炭運(yùn)輸和安全監(jiān)控過程中的應(yīng)用，在保持現(xiàn)有研究成果的同時(shí)積極引進(jìn)各類先進(jìn)的機(jī)電一體化技術(shù)、設(shè)備和理念，多措并舉推進(jìn)煤炭開采體系的科學(xué)化、合理化發(fā)展。