機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦機(jī)械中的應(yīng)用研究

李亮 王濤 黃猛

摘要：我國煤礦資源豐富，加強(qiáng)煤礦開采與管理，不僅是提高煤礦開采環(huán)境的要求，更是不斷滿足社會(huì)各項(xiàng)發(fā)展需求的應(yīng)有之義。科技是第一生產(chǎn)力，機(jī)電一體化技術(shù)作為一種先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，應(yīng)用到煤礦機(jī)械設(shè)備中，可以提高煤礦開采效率，改善開采環(huán)境，實(shí)現(xiàn)安全開采?；诖?，本文主要介紹機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦機(jī)械生產(chǎn)中的應(yīng)用，指出機(jī)電一體化的優(yōu)勢(shì)，提出機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦機(jī)械中的應(yīng)用建議，以供參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；煤礦機(jī)械；應(yīng)用研究

DOI：10.12433/zgkjtz.20232829

煤礦機(jī)械化的發(fā)展提高了煤礦開采的效率，促進(jìn)了我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。機(jī)電一體化技術(shù)是將電工電子技術(shù)、自動(dòng)生產(chǎn)線技術(shù)及機(jī)電設(shè)備維修等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到煤礦生產(chǎn)中，能有效改善開采環(huán)境，節(jié)約人力資源，減輕作業(yè)人員工作強(qiáng)度，在保證安全生產(chǎn)的同時(shí)，提高煤礦開采效率，在為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也能創(chuàng)造更高的社會(huì)效益。

一、機(jī)電一體化技術(shù)概述

機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)由多學(xué)科交匯而成，是一項(xiàng)先進(jìn)的綜合性技術(shù)，屬于機(jī)械電子學(xué)科，包括電子電工技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能控制技術(shù)、檢測(cè)傳感技術(shù)等，在生產(chǎn)制造業(yè)中被廣泛應(yīng)用。該技術(shù)在二十世紀(jì)七十年代已廣泛應(yīng)用于國際機(jī)械領(lǐng)域，到了八十年代，微電子技術(shù)興起并高速發(fā)展，與煤礦機(jī)械有機(jī)融合，促使煤礦工程機(jī)械迎來了一個(gè)飛速發(fā)展時(shí)期。目前，機(jī)電一體化技術(shù)正朝著智能化、微型化和系統(tǒng)化方向發(fā)展，相信機(jī)電一體化技術(shù)融合電子技術(shù)、智能技術(shù)等多種技術(shù)的聯(lián)合，勢(shì)必可以提高機(jī)械工程領(lǐng)域高質(zhì)量發(fā)展。

二、機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦機(jī)械中應(yīng)用的主要優(yōu)勢(shì)

（一）提升煤礦開采工作效率，提高經(jīng)濟(jì)效益

傳統(tǒng)煤礦開采主要是以人工作業(yè)為依托，工人作業(yè)量大，效率低，長時(shí)間的連續(xù)作業(yè)很容易因超負(fù)載問題產(chǎn)生故障而停止作業(yè)，同時(shí)由于基龐大的體積及沉重的質(zhì)量，會(huì)對(duì)操作人員造成傷害，甚至危及操作人員生命安全，引發(fā)安全事故。在煤礦機(jī)械設(shè)備中引入一體化技術(shù)，可以有效改善這種情況，優(yōu)化煤礦開采方式，嚴(yán)格管控煤礦機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)，讓機(jī)械運(yùn)行更具靈活性，確保煤礦安全生產(chǎn)，提高煤炭的輸送效率，為煤礦企業(yè)增加經(jīng)濟(jì)效益。與此同時(shí)，煤礦工人的收入也會(huì)提高，帶動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)高速發(fā)展。

（二）改善煤礦開采的工作環(huán)境，提升安全保障能力

傳統(tǒng)煤礦開采運(yùn)營下，地下礦井環(huán)境差，開采條件貧乏，再加上煤礦機(jī)械設(shè)備陳舊，導(dǎo)致煤礦開采環(huán)境差，影響煤礦工人健康，有時(shí)還會(huì)危及生命，頻繁發(fā)生安全事故，影響煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率。將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用到煤礦生產(chǎn)中，全面智能化控制及生產(chǎn)，可以降低安全事故發(fā)生率，確保工人作業(yè)時(shí)的生命安全，改善開采環(huán)境，減少煤礦開采人員的職業(yè)病與工傷問題。先進(jìn)的智能遙感技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)管煤礦機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，保障煤礦機(jī)械安全作業(yè)。同時(shí)，建立完善的煤礦機(jī)械監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，安裝自動(dòng)報(bào)警機(jī)制，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行超出設(shè)定參數(shù)時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，同時(shí)定期對(duì)煤礦機(jī)械設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)和檢修，不僅能提高煤礦機(jī)械的運(yùn)行效率，還能節(jié)省人力資源，確保安全生產(chǎn)。

（三）加快產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，提升經(jīng)濟(jì)效益

現(xiàn)代智能機(jī)械全面覆蓋煤礦機(jī)械生產(chǎn)，建設(shè)優(yōu)質(zhì)的煤礦開采環(huán)境，將機(jī)電一體化技術(shù)運(yùn)用到煤礦的開采及運(yùn)輸中，可以降低煤礦開采成本，創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展也能帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，要重視這條產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，積極創(chuàng)建發(fā)展環(huán)境，提升多學(xué)科技術(shù)發(fā)展，造福一方土地，增加當(dāng)?shù)厝说氖杖?，提高他們的生活水平?/p>

三、機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦機(jī)械中的具體應(yīng)用

在煤礦機(jī)械設(shè)備中融入先進(jìn)的機(jī)電一體化技術(shù)可以有效改善煤礦生產(chǎn)環(huán)境，提高煤礦企業(yè)生產(chǎn)效益。煤礦企業(yè)生產(chǎn)中主要的機(jī)械設(shè)備有掘進(jìn)機(jī)、采煤機(jī)、提升機(jī)、輸送機(jī)等，將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用到煤礦機(jī)械設(shè)備中，可以提高煤礦企業(yè)生產(chǎn)效率。

（一）在掘進(jìn)機(jī)工作過程中的應(yīng)用

煤礦巷道掘進(jìn)作業(yè)中會(huì)用到掘進(jìn)機(jī)，這是一種重型工程機(jī)械，也是煤礦開采前期需要重點(diǎn)關(guān)注的一項(xiàng)工作，所以掘進(jìn)機(jī)的先進(jìn)與否直接關(guān)系著礦井的建設(shè)及煤礦的有效開采。掘進(jìn)機(jī)體型龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在推進(jìn)油缸的軸向壓力作用下，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾刀盤旋轉(zhuǎn)，可以將巖石切壓破碎，主要依靠電氣系統(tǒng)配合液壓裝備，驅(qū)動(dòng)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行作業(yè)。而在控制系統(tǒng)中，主要通過對(duì)主控制器的操作和控制，確保設(shè)備的正常運(yùn)行。機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用于掘進(jìn)機(jī)生產(chǎn)操作中，將電氣方面的操作系統(tǒng)與液壓控制系統(tǒng)完全融合，工程技術(shù)人員在操作時(shí)可以有效實(shí)施自動(dòng)化控制，在保障設(shè)備和工人安全的情況下，短時(shí)間內(nèi)確保掘進(jìn)機(jī)平穩(wěn)高效工作，保質(zhì)保量地完成各項(xiàng)任務(wù)，為后期相關(guān)的煤炭開采工序打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。高清顯示屏超強(qiáng)顯示功用可以實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及周邊作業(yè)環(huán)境等，同時(shí)，操作人員可智能控制操作箱信號(hào)，借助自動(dòng)化控制系統(tǒng)，確保掘進(jìn)機(jī)正常而高效作業(yè)。當(dāng)設(shè)備在作業(yè)中發(fā)生故障時(shí)，操作人員也可以借助運(yùn)行程序和優(yōu)傳感器，快速判斷故障類型，對(duì)設(shè)備進(jìn)行搶修處理。

（二）在安全監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

監(jiān)督管理煤炭生產(chǎn)每道工序，保證每道工序上機(jī)械裝置和設(shè)備的全運(yùn)行，可以有效保證煤礦機(jī)械設(shè)備正常生產(chǎn)作業(yè)。將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用到煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)中，不僅可以更有效地監(jiān)管每道工序，還可以及時(shí)應(yīng)對(duì)和處理每個(gè)步驟出現(xiàn)的問題，確保煤炭順利挖掘、開采和運(yùn)輸。此外，通過智能操作、遠(yuǎn)程傳感技術(shù)，工作人員可以隨時(shí)監(jiān)管設(shè)備的運(yùn)行情況，確保煤礦生產(chǎn)線高效運(yùn)行。

（三）在采煤機(jī)裝置中的實(shí)際應(yīng)用

采煤機(jī)在煤礦生產(chǎn)作業(yè)中發(fā)揮著重要作用，如果出現(xiàn)故障，會(huì)影響整個(gè)煤礦開采進(jìn)程，導(dǎo)致煤礦開采工作中斷，給企業(yè)造成經(jīng)濟(jì)損失。傳統(tǒng)液壓牽引采煤機(jī)牽引性及穩(wěn)定性不高，由于防滑裝置穩(wěn)定性，運(yùn)行作業(yè)過程中穩(wěn)定性欠佳，運(yùn)行效率低，設(shè)備使用壽命也會(huì)縮短，同時(shí)由于機(jī)械設(shè)備的不穩(wěn)定性，也會(huì)存在安全隱患，時(shí)常會(huì)產(chǎn)生安全事故。而機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用到煤礦采煤機(jī)械中，可以有效改善傳統(tǒng)采煤機(jī)缺點(diǎn)，提高采煤機(jī)運(yùn)作效率。新型采煤機(jī)械為電牽引采煤機(jī)裝置，由多個(gè)電子元件構(gòu)成，操作人員可以借助電信號(hào)智能操縱采煤機(jī)進(jìn)行作業(yè)，不僅牽引性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，工作效率高，還可以延長設(shè)備的使用壽命，降低安全事故的發(fā)生率。

（四）在帶式輸送機(jī)裝置中的實(shí)際應(yīng)用

帶式輸送機(jī)是煤礦企業(yè)廣泛使用的主要輸送裝置，輸送機(jī)能否高效完成煤炭的輸送任務(wù)關(guān)系著煤炭生產(chǎn)線的進(jìn)度，如何高效傳輸采煤機(jī)開采的煤炭，一直都是輸送機(jī)研究需要攻克的難題。將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用到煤礦帶式輸送機(jī)中，可以滿足不斷生產(chǎn)及傳輸?shù)囊?，借助軟件程序進(jìn)行可視化操作，合理設(shè)置輸送機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)，不斷提高運(yùn)輸工作效率，朝著輸送量大且速度快的方向不斷創(chuàng)新、升級(jí)，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的智能化、可控化操作，促使煤礦企業(yè)獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

（五）在提升機(jī)中的應(yīng)用

提升機(jī)在煤礦挖掘開采中作用重大，傳統(tǒng)的礦井提升機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安全性能低、實(shí)際提升量偏小，且使用過程中容易出現(xiàn)故障問題。將信息化技術(shù)和電子信息技術(shù)應(yīng)用到提升機(jī)中，不僅可以控制提升機(jī)的速度，還能確保機(jī)器高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下提升機(jī)械作業(yè)效率和運(yùn)行的穩(wěn)定性。同時(shí)，還可以針對(duì)不同類型的提升機(jī)在不同深度、不同環(huán)境的礦井中，對(duì)作業(yè)方案做出合理的設(shè)計(jì)和選題，使煤礦機(jī)械運(yùn)作效能化。例如，內(nèi)裝式提升機(jī)引入機(jī)電一體化技術(shù)后，不但簡(jiǎn)化了內(nèi)部結(jié)構(gòu)，也實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。我國自主研發(fā)的交直流數(shù)字化提升機(jī)，正是結(jié)合機(jī)電一體化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了主井和副井的同時(shí)作業(yè)運(yùn)行，提高了礦井的作業(yè)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

（六）在井下供電機(jī)械中的應(yīng)用

井下供電機(jī)械對(duì)整個(gè)煤礦地下環(huán)境具有重要影響，煤礦機(jī)械設(shè)備的正常作業(yè)離不開井下供電系統(tǒng)。井下供電系統(tǒng)除了基本的照明外，還為其他煤礦機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)提供動(dòng)力，反過來，煤礦機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)又對(duì)用電功率和用電效率提出了基本要求。因此，礦井供電系統(tǒng)必須為礦井實(shí)際的作業(yè)環(huán)境提供相應(yīng)的配電功率和配電效率。采用機(jī)電一體化技術(shù)后，供電操作人員可以根據(jù)每個(gè)礦井的實(shí)際需求，實(shí)時(shí)進(jìn)行供電設(shè)置，監(jiān)控供電線路，以此有效避免設(shè)備及線路故障，確保煤礦機(jī)械正常作業(yè)，保障煤礦企業(yè)正常生產(chǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益。

（七）在支護(hù)設(shè)備中的應(yīng)用

井下安全作業(yè)環(huán)境離不開支護(hù)設(shè)置，煤礦支護(hù)設(shè)備可以有效保護(hù)井下工作人員，井下安全穩(wěn)定的環(huán)境更為其他煤礦機(jī)械的正常高效運(yùn)轉(zhuǎn)提供保障。將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用到支護(hù)設(shè)備中，可以進(jìn)行有效操作，設(shè)置各方面參數(shù)可以有限預(yù)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀況，避免發(fā)生危險(xiǎn)情況，確保井下工作人員的安全。普通液壓支架移動(dòng)速度緩慢，頂板對(duì)支架的壓力沖擊較大，而電力液壓支架可以有效改善上述情況，采用機(jī)電一體化技術(shù)，移動(dòng)速度快，更能確保煤礦安全作業(yè)及生產(chǎn)。

（八）在設(shè)備整體調(diào)試中的應(yīng)用

設(shè)備整體調(diào)試中出現(xiàn)的往往不是技術(shù)問題，而是通信和自動(dòng)化運(yùn)行問題。在設(shè)備整體調(diào)試前，幾乎都是在線交流，到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作可能會(huì)出現(xiàn)一些問題，而將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用于設(shè)備整體調(diào)試中可以減少設(shè)備整體調(diào)試的時(shí)間，提高設(shè)備整體調(diào)試工作效率。

四、機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用的保證措施

（一）合理選用煤礦機(jī)械設(shè)備

煤礦機(jī)械設(shè)備的選擇，要在考慮價(jià)格、質(zhì)量、性能的基礎(chǔ)上，還要綜合考慮設(shè)備能否充分發(fā)揮機(jī)電一體化技術(shù)的作用，再結(jié)合企業(yè)自身實(shí)際經(jīng)濟(jì)水平從企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展角度進(jìn)行選擇。同時(shí)，要結(jié)合安裝場(chǎng)地、運(yùn)行環(huán)境的要求，力爭(zhēng)以最少的人力和物力，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化技術(shù)與煤礦機(jī)械設(shè)備的有機(jī)融合，為企業(yè)選擇合適的煤礦機(jī)械設(shè)備。

（二）完善機(jī)械設(shè)備安裝流程

在設(shè)備安裝前，嚴(yán)格檢查設(shè)備零部件的質(zhì)量及數(shù)量，制定安裝作業(yè)流程，提前繪制設(shè)備安裝圖，既能方便于后期的檢查、存檔，又能有效保證安裝中每個(gè)工作環(huán)節(jié)點(diǎn)的高效保質(zhì)完成。同時(shí)，對(duì)專業(yè)安裝人員進(jìn)行定期培訓(xùn)，嚴(yán)格把關(guān)。

（三）優(yōu)化實(shí)時(shí)監(jiān)管流程

機(jī)電一體化技術(shù)離不開操作人員和監(jiān)控人員的操作，提高操作人員的專業(yè)素質(zhì)，培養(yǎng)安全操作意識(shí)，明確自己工作職責(zé)，有效監(jiān)控機(jī)電設(shè)備，確保煤礦機(jī)電設(shè)備使終處于良好的作業(yè)狀態(tài)。同時(shí)，定期檢查機(jī)電設(shè)備，定期保養(yǎng)，做好機(jī)器設(shè)備的維護(hù)工作。此外，制定嚴(yán)格的檢修計(jì)劃、監(jiān)管計(jì)劃、保養(yǎng)維護(hù)計(jì)劃，全方位確保煤礦機(jī)械設(shè)備的作業(yè)生產(chǎn)在可控范圍內(nèi)。

（四）制定預(yù)備搶修設(shè)備方案

機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用在一定程度上降低了機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障的概率，但在實(shí)際生產(chǎn)中，仍要未雨綢繆，制定設(shè)備搶修預(yù)案，避免在發(fā)生故障后出現(xiàn)混亂，影響煤礦其他設(shè)備的正常作業(yè)，同時(shí)避免不必要的經(jīng)濟(jì)和人力損失。

（五）提高操作及管理人員專業(yè)素養(yǎng)

機(jī)電一體化的應(yīng)用加大了對(duì)專業(yè)技術(shù)操作和管理人員的需求。這就需要對(duì)技術(shù)操作及管理人員進(jìn)行定期專業(yè)培訓(xùn)，不斷提升操作及管理人員的科技素養(yǎng)，本著認(rèn)真吸收學(xué)習(xí)的態(tài)度，不斷提升綜合素養(yǎng)，以適應(yīng)企業(yè)需求。

五、結(jié)語

我國煤礦企業(yè)經(jīng)過長期的發(fā)展與進(jìn)步，已取得了顯著成績。煤礦機(jī)械只有不斷融合先進(jìn)技術(shù)，不斷提升工程設(shè)備的各項(xiàng)功能和指標(biāo)，才能更高效地完成各項(xiàng)作業(yè)，提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。而將機(jī)電一體化技術(shù)用于煤礦機(jī)械設(shè)備，能將智能操作、遠(yuǎn)程遙控、電子通信等先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合，促進(jìn)各機(jī)械設(shè)備配合，在改善礦井環(huán)境、保證礦工安全的前提下，提升煤礦生產(chǎn)效率，為企業(yè)創(chuàng)收，為社會(huì)造福。在將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用于煤礦機(jī)械過程中，要發(fā)現(xiàn)機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。在保障煤礦安全開采的前提下，努力提高煤礦開采效率，是煤炭企業(yè)一直努力的方向和追求的目標(biāo)。本文就機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦機(jī)械中的應(yīng)用略作論述，以期能夠幫助煤礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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