煤矿机电一体化技术篇1
煤矿的安全、高效生产离不开高性能的开采设备，机电一体化技术的应用可以有效降低作业人员的劳动强度、保证作业人员的安全。本文对煤矿机电一体化技术进行论述，并对煤矿机电一体化技术的应用和发展趋势进行探讨。煤炭在我国的能源结构中还占据着很大的比例，对促进经济发展和保证能源安全发挥着重要作用，最近一些年对煤炭的需求量还保持增长状态，煤矿生产效率的提升离不开一体化的机电技术，对提升生产效率、降低劳动强度和保证安全生产等方面有着积极的作用。采煤机已经从原来的液压牵引转变为电牵引方式，液压支架的微机控制技术、故障诊断技术等都已经应用到机械设备中，煤矿设备的机电一体化技术已经取得很大的进展，但与世界先进的采煤设备还存在着一定的差距，需要加强对采煤机械设备一体化技术的研发，更好地为我国煤矿生产服务。
1煤矿机电一体化技术
煤矿机电一体化技术，是将电气、液压和机械技术进行结合，进一步提高煤矿开采设备自动化程度，便于工作人员的操作和后期维护，还要求煤矿机械设备具备可靠性、安全性，有着很长的使用寿命。将微处理器控制技术作为核心，采取电、液、气配合的方式来控制执行机构运行，再配合传感技术将执行机构运行情况反馈给控制器。通过故障检测程序监测机械设备的运行状态，具备故障自我诊断功能，对异常的运行情况进行报警，通过单片机、PLC等作为核心控制部位，结合变频控制技术、电控液技术等来提高煤矿开采设备的性能，满足煤矿生产的多种工况要求。
2煤矿机电一体化技术的应用
2.1安全生产监控系统
安全生产监控系统最可以体现出机电一体化水平，国内对煤矿安全生产监控研发起步较晚，在上世纪八十年代就已经对国外的煤矿安全监控技术进行消化和吸收，对推动我国煤矿安全监控技术发展起到了很好的推动作用。煤矿科研人员结合我国煤矿企业的实际情况，研发出具备较高技术含量的KJ95X、KJ90X等监控系统，进一步提升了国内煤矿安全监控系统的智能化水平，在煤矿生产应用和管理中起到很好的作用。利用机电一体化技术实现对三相异步电动机、传动装置、液压控制系统和制动装置等进行在线监测，通过监测程序来检测设备的运行状态，发现故障及时对工作人员进行报警，通过人机界面提供故障的位置，可以快速地对组织人员进行维修，使得煤矿设备可以快速恢复运行，也可以减少工作人员的劳动强度，使煤矿设备可以高效率运行。
2.2机电一体化技术在带式输送机中的应用
国内开展的煤矿机电一体化重大技术项目，已经使得煤矿设备自动化性能和智能化性能得到很大的提升，带式输送机是煤矿生产的重要设备，长距离、大功率的矿井带式输送机已经得到了很大的突破，已经开发出多种类型的带式输送机，比如，成套长距离大倾角带式输送机，可伸缩式巷道带式输送机等，对重要的控制元件和核心元件进行了深入地理论研究，很多关键部件已经研发成功，利用PLC控制器、变频器等装置来现实输送机的CST软启动控制，两台皮带运输机可以通过一台或多台CST来实现控制，实现长距离、大运量的控制，也可以对输送机进行良好的制动控制，将行星齿轮减速器、液力耦合器等先进的设备应用到皮带输送机中，使得输送机具备良好的控制性能和动力性能。
2.3采煤机机电一体化技术应用
电牵引式采煤机技术已经取得了很大的突破，与原来煤矿生产采用的液压采煤机进行对比来看，有着更充足的牵引力，如果采煤机在制动工况下，可以将能量转变为再次应用电能，起到很好的节能降耗效果。如果在大倾角煤层牵引工况下，可以保证设备以很好的效率运行，不会产生很大的磨损，有着很好的安全性、可靠性，维修保养工作量比较小，动态特性比较好，电牵引采煤机的传动机构得以简化，能源的转化率有着大幅提升。
2.4提升机中的机电一体化技术应用
煤矿生产自动化水平的提升，可以减少矿业工人的劳动量，提高煤矿资源的生产率，也可以防止操作人员水平和经验不足，对生产精度造成影响。比如，薄煤综采设备采用液压支架电液控制系统，通过控制程序对支架动作进行控制，保证支架可以在无人操作的情况下运行，操作人员可以采用远程操作或者自动运行方式。交-直数字化提升机是煤矿机电一体化典型应用，把驱动装置与滚筒进行结合，采用了电力电子技术、自动控制技术、通信技术等，总线通信方式将提升数学信号的传输质量，不再采用传统的继电器控制，有效地简化了电器元件的数量，有着很高的可靠性。提升机的硬件具有很好的通用性，通信协议也可以实现兼容，配置起来更为简单。国内研发的数字化交-直提升机，控制核心采用双处器方式，可以更好地保证提升机的运行稳定性和可靠性。
2.5机电一体化技术在其他煤矿机械中的应用
一些采煤机、综掘机也通过机电一体化技术来提升设备的可操作性，将控制技术与煤矿开采设备进行结合，利用微控制器对自动变速箱进行控制，根据生产负荷来调整传动比，可以将电动机的性能充分发挥出来，有着很好的技术经济性。操作流程也可以得到合理简化，煤矿生产设备的安全性能也可以得到保证。煤炭装载系统的机电一体化设计，可以将工作人员从繁重的劳动中解放出来，只需要操作控制按钮，就可以完成煤炭装载作业，有效地提高生产效率。煤炭掘进设备是保证煤矿正常开采的基础条件，掘进机可配置隔爆型控制箱、压扣式控制按钮等构建起电气控制系统，通过与液压系统配合可以完成多种掘进作业。
3煤矿机械中机电一体化技术的发展趋势
驱动电机、减速器和执行机构建立起煤矿生产设备的动力系统，传统的动力传输效率不高，存在着很大的能源浪费，还会占有很大的空间，系统的可靠性得不到保证。机电一体化技术不是单纯地将电气控制技术、机械技术进行简单地叠加，需要使多种技术进行高度结合，构建起最优化的机电系统，每种元素间保持高度的依存关系，才能充分地完成协作，煤矿机器人将是未来机电一体化的发展方向。
3.1掘进机器人
为了加快煤矿巷道掘进速度，需要采用高度智能化的掘进机器人，可实现巷道的掘进工作，完成煤炭资源采掘，喷雾灭尘、装载运输等工作，具备先进性能的掘进机械器可配置煤层掘进测控系统，有效地提升了煤矿巷道掘进效率，煤矿开采效率得到大幅提升，可满足对煤矿高效开采的需求。
3.2支护机器人
煤矿综采工作面对安全生产起到重要作用，支护设备可以对煤层顶板掉落的煤岩进行阻挡与支撑，避免大量的落煤进入到采煤空间，更好地保证采煤区域工作人员的和设备的安全。当前，煤矿生产多采用锚杆支护和液压支架两种支护方式，液压支护技术应用得最为普遍，液压支护机器人可以按着综采工作面的实际情况进行调节，保证液压支架可以稳定地向前推进，顶板部位还设置有压力检测系统，通过顶板压力情况来实现自适应控制，从而提高液压支架可靠性。
3.3采煤机器人
采煤机器人可以配合掘进设备完成装煤、落煤作业，采煤机器人通过控制系统发出指令实现换向操作和姿态调整，具备运行故障诊断功能，并对采煤情况进行显示，可以更好地满足当前智能化采煤的需要。
3.4救护机器人
该种类型的机器人可以监测到矿井被困人员的健康情况，确定被困的具体位置，监测可燃气体的密度等信息，通过视觉系统对矿井的障碍物进行观测，可以在矿井巷道中自由移动，对障碍物进行避让。自动呼叫没有撤离人员，指导受困人员可以有效撤离。将获取到的图像输入到计算机系统，把图像信息传送到主控制台，可以让机器人自由移动。
4结束语
综上所述，随着机电技术的不断进步，煤矿开采技术也得到了快速发展，将机电一体化技术与煤矿生产设备等进行结合，可以在保证作业人员安全的前提下，进一步提升煤炭开采效率，推动煤炭企业走向持续健康发展道路。
作者:张智宇
煤矿机电一体化技术篇2
机电一体化技术深度融合了机械电子技术、信息技术等，具有多样化的功能，智能性、安全性优势明显。众所周知，煤矿生产环境较为恶劣，容易有安全事故发生。且煤矿作业存在着极大的劳动强度，作业效率不高，影响到采煤事业的整体发展。在这种情况下，机电一体化技术受到了充分重视，通过在煤矿生产全过程中科学应用，能够促使煤矿生产的能流、物流、信息流等得到融合，不仅煤矿生产效率得到提高，可控性也大幅度增强。
1机电一体化技术在煤矿中的应用价值
1.1煤矿作业安全得到保障
煤矿作业环境十分恶劣，且作业人员面临着繁重的工作任务，精神压力较大，各类作业安全事故很容易发生。受工业化发展的影响，我国煤矿资源紧缺形势日益严峻，浅层煤矿资源基本上开发殆尽，煤矿开采深度进一步增加，导致煤矿开采危险系数随之提高。而通过在煤矿生产中应用机电一体化技术，部分具有较高危险系数、作业难度的工作任务可以由机械设备来完成，不仅作业人员的工作量大幅度降低，安全系数也得到了显著提高[1]。
1.2煤矿作业效率得到提高
通过应用机电一体化技术，能够借助于控制设备高效完成部分较为复杂的作业工序，煤矿生产方式得到改善。同时，机电一体化技术克服了传统设备的弊端，开采作业效率得到提高。
2机电一体化技术在煤矿中的具体应用
2.1煤矿提升设备中的应用
煤矿生产过程中，运输提升系统发挥着十分重要的作用。近些年来，机电一体化技术与煤矿提升设备的融合度日趋提升，煤矿生产效率与安全性得到了显著提高。就目前来讲，交直流提升机、交流提升机在煤矿生产中应用较为广泛。交直流提升机科学融合了滚筒与驱动装置，通过衔接与应用机械电子技术、自动控制技术等，系统操作难度大幅度降低，同时显著增强了提升设备的自动化程度。本种数字化提升机的核心为ASCS，能够将计算机系统的优势充分发挥出来，操作流程得到简化，运行性能得到增强。同时，通过总线技术的运用，便捷、安全安装需求得到满足。若在生产实践中出现了故障问题，系统能够自动诊断与修复故障。交流提升机则将装机容量限制有效打破，主井、副井提升机的自动化得到实现，不需要工作人员进行操控处理，即可自动完成作业任务。我国已经将5000kW的装机容量的交流提升机研发出来，其具有十分优越的性能，正在稳步推广和应用[2]。
2.2综合采煤设备中的应用
机电一体化技术在各种类型的采煤机中应用较为广泛，显著改善了煤矿开采作业效果。首先，电牵引采煤机。本种采煤机能够平稳调速，牵引力较大，工作人员借助于微机操作即可良好控制各项电控参数，促使微机自动控制作业需求得到满足。同时，电牵引采煤机的操作难度、维护难度较小，具有较强的适用性能，应用范围在不断扩大。其次，液压牵引采煤机。相较于电牵引采煤机，本种采煤机较为传统，不具备较高的机电一体化技术应用水平，在牵引力、可靠性、连续性等方面不够突出，应用过程中容易出现各种故障和问题。最后，滚筒式采煤机。本种采煤机也将机电一体化深度应用过来，被广泛运用于煤矿作业生产实践中。为促使采煤机的生产效能得到进一步改善，技术人员对采煤机牵引部传动箱的结构形式进行了优化设计，合理分配了行星齿轮、直齿齿轮的传动比。其中，采煤机的功率传输受牵引部减速器的影响较大，通过对多级行星减速器进行增设，可促使减速器传动比得到增大，齿轮数量得到减少，减速器结构也得到了较大程度的简化。由于采煤机牵引部需于恶劣环境中作业，部分作业空间较小，因此需进一步缩小采煤机牵引部的整体面积。为促使采煤机牵引部长度符合相关标准，可对牵引部惰轮设置数量进行增加，同时横向布置多台电机。通过在采煤机电控系统中应用计算机控制技术，能够促使采煤机的体积得到进一步缩小，结构得到简化，同时操控、维护作业的标准化、自动化也可得到实现[3]。
2.3安全生产监控中的应用
为避免煤矿生产安全事故的发生，需通过监测监控系统的应用，对矿井各类环境参数实时监测，包括有害气体浓度、设备运行状况等，及时发现和处理异常问题，促使煤矿安全生产目标得到实现。新时期以来，国家对煤矿安全生产十分重视，煤矿企业也将大量的机电一体化技术运用于煤矿作业过程中，先后研发出较多类型的现代化监控系统，如KJF2000、KJ4系统等。基于这些监控系统的支持，人们能够对矿井中的生产状况实时了解与掌握，及时干预、解决潜在安全隐患，降低了安全事故的发生率。其中，KJF2000监控系统在煤矿生产实践中应用较为广泛。而机电一体化技术在监控系统中发挥着关键作用，通过各类传感器的布设，能够实时监测矿井中的一氧化碳浓度、瓦斯浓度等。之后向监管中心快速、高效传输监测数据，监管中心的工作人员通过对这些数据进行接收与分析，客观判断矿井安全状况。此外，KJF2000监控系统将网络通讯协议应用过来，井下、井上人员的实时通信需求得到满足。具体应用过程中，基于监控中心的支持，监控值班人员能够对需求信息快速查询，进而动态监控井下生产状况。
2.4其他生产设备中的应用
首先，供电系统。由于煤矿生产过程中需将较多的大功率设备应用过来，因此存在着较大的用电量。且对供电的稳定性、可靠性要求较高，否则安全稳定作业将难以保证。目前煤矿生产系统中应用了较多的节能装置，如通过将真空开关、微机保护等应用于高低压开关柜中，基于网络的支持，远程遥控、遥测等控制功能即可顺利实现。同时，通过各类补偿技术的综合运用，设备功率损耗得到降低，无功电流得到减少。其次，液压支架。煤矿开采过程中，液压支架发挥着重要的支护作用，能够对工作面矿山压力有效控制。通过深度融合液压控制与计算机技术，可以促使顶板支护设备的压力负荷得到有效降低[4]。
3煤矿机电一体化技术的发展方向
3.1智能化
智能化是煤矿机电一体化技术的重要发展方向，近些年来，受人工智能领域高速发展的影响，煤矿生产技术、设备的智能化程度也在稳步提高。未来发展过程中，煤矿企业为进一步提高生产效率和安全程度，要进一步加强技术研发和应用，将智能化技术作为应用的重点。积极开发应用专家系统等软件设备，促使作业效率与安全得到保障。
3.2网络化
网络技术目前已经在煤矿生产中得到了广泛应用。煤矿企业要进一步加大网络技术与煤矿生产的融合度，将远程控制、远程帮助、远程通信等一系列技术深度应用过来，促使煤矿生产作业环境得到有效改善。
3.3微型化
目前煤矿生产中所应用到的部分机械设备具有较大的体型，安装、使用不够便捷，导致煤矿的生产效率大幅度降低。针对这种情况，相关技术人员需在保证机械设备性能不受影响的基础上，进一步缩小机械设备的体积，简化机械设备的结构，以便促使机械设备的安装使用便捷性得到增强，提高煤矿生产作业效率。
3.4绿色化
煤矿生产的能耗、污染问题较为突出，与可持续发展理念不相适应。因此煤矿企业需把握产业结构调整这一契机，积极转变生产模式，创新生产流程，通过改进优化机电一体化技术，促使煤矿生产的绿色性、环保性得到增强。
4结语
综上所述，机电一体化技术对于煤矿生产效率与生产安全具有较大的促进作用。近年来，我国煤矿生产中机电一体化技术的应用范围、深度等在不断拓展，加快了煤矿产业的整体发展步伐。但相较于发达国家，依然有一些技术差距存在。因此，相关企业与人员要进一步深化技术研究，积极借鉴与学习国外的先进技术。
作者:李贺霞 单位:西山煤电股份有限公司 西铭矿选煤厂
煤矿机电一体化技术篇3
伴随着现代科学技术的飞速发展，简单的机械难以达到工业生产的需要。在这样的需求条件下，很大程度上促进了不同学科的交叉及渗透，从而使工程领域朝着微电子学和计算机技术不断地迈进。科学技术的飞速发展已逐渐演变成一个新术语—机电一体化。这项综合技术使机械行业的技术结构，产品结构，功能和组成、生产方法和管理体系产生了巨大变化，该行业已进入了由“机械电气化”到“机电一体化”的发展阶段。
1机电一体化技术的论述
机电一体化是一种交叉集成的技术，结合了包括机械、电子、计算机和信息技术等多种技术。机电一体化是一种新兴的集成技术，它将计算机和电子技术引入机械的主要功能、动力功能和控制功能当中，并将机械设备，电子设备和软件等技术相互融合，形成了相互交叉的一门综合性的新兴技术。其实质不仅是利用电子技术来取代或者简化机械功能，重点是将机械系统，微电子学和计算机技术，信息技术构成了完美的系统。机电一体化技术具备以下优点：使使用的安全性和可靠性提升，并使性能更卓越。机电一体化产品均具备自动监控、诊断和报警等功能，对步骤进行了极大的优化且灵活方便；应用范围广，生产率高，工作效率高。机电产品的不同功能对于场合和领域的适应性较强，具有很强的适应能力，大大提高了控制以及检测的灵敏度和准确性；机电一体化产品它复合功能强，同样具备调整和维护的功能。，其自动检测和自动监视功能可以自动采取措施来应对工作中面临的故障进行防护，使得工作能够顺利开展。
2机电一体化技术的发展过程和当前趋势
机电一体化技术有四个不同的发展过程：准备环节，计算机的问世标致着机电一体化技术的出现。在1960年左右，日本率先提出了这个术语，但由于当时的技术水平较低，这项技术很难得到广泛推广及应用。在起步过程，信息技术，微电子技术以及第四代电子产品的推广使得这个技术得以面向社会。在这一反正发展过程中，机电一体化不断扩张其影响力并取得了长足的发展。在1980年左右，机电一体化技术已经被全世界的专家所关注。机电一体化所带来的技术和产品不断产生。在繁荣时期，自1990年左右以来出现了各种新技术的问世也带来了创新性的进展，飞速的变化和发展也使的机电一体化技术和产品影响到人们的生活并且进入到各个领域当中。中国制造的机电产品都拥有智能化，程序化和信息化的特点，并且体积小容易进行操作的维护，保护功能强且性能可靠。机电产品的大量使用也使劳动强度大大降低。提高了生产率并且产生了很大的经济和社会价值。但是，中国的机电一体化技术仍远远落后于发达国家，发展趋势未来将是：研究具备自主知识产权的核心技术，生产出具有自主知识产权的核心设备；提高产品的通讯功能，以满足集成自动化的需求；基于微处理器和微型计算机为条件的矿山运行状况的设备的和健康监控系统和处理器以及计算机和专家系统的操作设备等；机器人将继续是机电一体化技术未来研究的重要内容。
3加大机电一体化技术的研究对于煤矿生产的重大作用
1）大大提升劳动效率。机电一体化产品的应用大大改善了落后的生产方式这一面貌。高新技术的自动化电子设备的使用也彻底改变了煤矿的传统作业模式，大大减轻了工人们的劳动强度，大大提高了生产力，劳动效率也得以提升。
2）更加使劳动安全得到很好的保障。传统煤矿的工作环境相对较差。在潮湿以及充满煤的环境中长时间和高负荷工作会对矿工的健康和生活品质产生较大的影响，在特殊情况下，还会对矿工的人身安全产生威胁。将机电一体化设备用于煤矿的开采，运输，不但可以降低矿工繁重的体力劳动压力，还可以很大程度减少发生事故的概率，有效预防与工作有关的伤病和职业病，并确保矿工的生命安全的到保障。
3）提高了经济效益与矿工的收入。煤矿机电一体化技术的使用大大提高了煤炭的产量，使企业的经济效益提升，还促进了矿工的收入提升。煤矿企业的快速发展也推动了其他相关产业的产生和发展，对促进当地经济增收和建设起到了重要的作用。
4机电一体化技术在煤矿中的运用
1）机电一体化技术在采煤机中的应用。在采煤机的某个重要用途中，电牵引采煤机作为机电一体化技术。它包含液压牵引采煤机无法获得的多数特点与优势：牵引上的良好功能。在采煤机运行时它容易产生牵引力，在采煤机出现下滑现象时它依然容易展开发电制动工作；能适合大角度煤层。牵引电动机轴端包含停机时避免机具下滑的一些制动器，无需某些防滑设备，而容易适用于40°～50°角度的煤层;应用期限长，操作可靠。除了电动机的整流子与电刷存在磨损以外，和液压牵引的差距在于电牵引采煤机的部分元件无磨损，由此应用期限长，维修度较小，操作可靠；效率较高、框架单一；动态效果不错，反应特别灵活。电牵引采煤机机械仅仅展开一项电能转换工作，进而向机械能进行转换，传动体系简便，转换效率容易达到99%，不过对于液压采煤机来讲，当电能向机械能进行转换时，其转换效率仅可以处在65%左右，最高不超过70％。
2）机电一体化技术在提升机中的用途。目前，矿井提升机，即全数字化交直流提升机，是煤矿机电自动化、以及一体化率最大的装置。最重要的是内装式提升机,从结构方面把滚筒与驱动相融合，使机械～计算机～电力电子～自动控制的综合体得以全面显示，迅速改进了机械体系。而全数字化提升机运用总线方案，完全可靠，使电器配置快速完善，另外，硬件配置彼此兼容，较为简便。中国顺利研发的全数字化提升机，包含自主知识产权的特征，其操作单一、功能超前、可靠合理，其部分ASCS是由双CPU组成的电脑核心系统。
3）机电一体化技术广泛运用于带式输送机中。在国内，带式输送机包含传输量多、操作可靠、可形成自动化、质量高等特征，主要作为煤矿井下传输体系的运输装置。所以在机电一体化技术上，带式输送机目前已作为其分析重点。如今，基于机、液、电一体化的CST可控软开启设备获得了大量应用。它作为某种软驱动设备，专门应用于金属矿石或者煤炭的长距离皮带输送机。一个皮带输送机主要由数台或者1台CST来进行驱动。相比发达国家，我国传输机的监控装置的可行性与性能、寿命以及敏感度均有所不同。与此同时，国内带式传输机通常进行3点驱动，主要是因为没有解决开启延迟技术及监控网络技术与动态研究，从传输机角度来看，单机运量及长度具有限制性。
4）其他。对于煤矿机电一体化装置来讲，液压支架主要向电液控制目标前进,把液压控制和电脑技术融为一体,以免对支架、以及顶板起到载荷冲击作用，有助于成组自动移架甚至是定压双向邻架得以实现。煤矿供电要求是容易适用于大功率装置，效率要高，供电要合理可行。所以需要对节能型产品进行全面推广。高压开关柜一般运用真空开关，其功能为应用期限长，维护量不大。如今，“微机保护”在低、高开关柜上得到了具体应用，能够具有远程遥测、遥控、遥调以及遥信，产生网络影响。电子、机械等功能各不相同的技术相结合的健全系统是机电一体化系统，特别注重其子系统、组成要素之间的接口，实际上，机电一体化系统设计则是商品设计环节中最具变革性的阶段之一，也作为接口设计概念设计，概念设计的重点就是原理决策设计，对节省商品成本、强化商品功能产生决定性作用[1]。国内外目前研制了一些知识库或者设计知识目录，主要可以实现特殊效能的效能原理解，研制了容易对于简单功能加以求解的测试系统口，并研究了简单功能原理解的智能查询及系统表达方案[2]。在接口特征匹配的基础上，然而很少对机电一体化计算机原理性能求解进行研究。本文在接口特征匹配的基础上主要对机电一体化系统原理性能实现手段及求解方案进行了分析。
5结语
由于煤矿生产逐渐向深层次发展，会提高其控制水平与规模的要求，因此会机电一体化技术会不断发展与提高。就目前很多高科技术的发展状况看，像网络、光纤、人工智能，还有生物工程在内的许多高新技术，已在机电一体化技术之中慢慢深入，从而机电一体化产品功能更健全、性能更卓越，随之而来智能化程度也会变高。所以，许多煤矿企业利用新的机电一体化技术装备，会取得更大的经济与社会效益的同时，其技术也会得到明显的提高，从而不断循环、不断发展下去，为企业经济和社会效益带来双重保障。
参考文献
[1]杨自厚.人工智能技术及其在钢铁工业中的应用[J].冶金自动化，1994（5）：45.
[2]唐立新.钢铁工业CIMS特点和体系结构的研究[J].冶金自动化，1996（4）:87.
作者:宋志海单位:山西汾西矿业水峪煤业有限责任公司
