煤礦機電一體化技術(shù)應(yīng)用探究與設(shè)備的選型改進(jìn)

1、煤礦機電一體化技術(shù)應(yīng)用探究與設(shè)備的選型改進(jìn)長春工業(yè)大學(xué) 機械電子工程 2010級 陳 艷 浩內(nèi)容摘要：煤炭是我國重要的能源，煤炭工業(yè)的大力發(fā)展，在我國的國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展中占居重要的地位。因而，近年來各級煤礦企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)都十分重視機電一體化技術(shù)在煤炭生產(chǎn)中的應(yīng)用與推廣。本文對煤礦機電一體化技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行研究。綜合機械化掘進(jìn)工作面和采煤工作面的運用是現(xiàn)代化高產(chǎn)、高效礦井的標(biāo)志。根據(jù)實際條件合理選擇綜掘工作面及綜采工作面機械設(shè)備是安全生產(chǎn)、高效生產(chǎn)的根本。采煤、掘進(jìn)工作面設(shè)備的選型、設(shè)計、配套、使用和科學(xué)的管理是工作面高產(chǎn)、高效的保證。 關(guān)鍵詞：煤礦；  機電一體化； 綜掘

2、機；綜采；型號；技術(shù)改造    1 概述      煤礦機電一體化產(chǎn)品是把各項高新技術(shù)融于一體的高科技產(chǎn)品，其主要技術(shù)包括：微電子、計算機、自動控制、人工智能、傳感產(chǎn)品可靠性等等，這些都是科技高速發(fā)展的熱門技術(shù)。在煤礦企業(yè)中，開始利用機電一體化技術(shù)對煤炭系統(tǒng)進(jìn)行改造舊設(shè)備和開發(fā)新產(chǎn)品，并取得了巨大的成功，這讓人們清楚地意識到，機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展是實現(xiàn)高效、安全、機械化采煤和煤礦機電產(chǎn)品更新?lián)Q代的重要途徑。     2 煤礦機電一體化技術(shù)產(chǎn)品的應(yīng)用

3、    2.1 礦井運輸提升產(chǎn)品的應(yīng)用 在煤礦生產(chǎn)中，因為現(xiàn)代化煤礦發(fā)展的需要，對煤礦機械化采煤提出更高的要求，那么隨之對井下、井上的運輸和提升系統(tǒng)的要求也就越來越高。如今，對于國外一些采煤技術(shù)比較先進(jìn)的國家，煤礦井下大巷的運輸系統(tǒng)大多是采用帶式運輸機，他們基本上是采用直流式交流變頻裝置驅(qū)動方式，主要以電力電子器件為核心。在英國和意大利等國家，高性能、高可靠性的磁阻電機在煤礦提升系統(tǒng)中也得以應(yīng)用。還有德國自主研發(fā)的內(nèi)裝式交交變頻調(diào)速提升機，它采用機電一體化技術(shù)把電機和滾筒做成一體，這樣的融合技術(shù)不論在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計方面還是在電氣控制系統(tǒng)

4、方面在世界上都處于領(lǐng)先地位。      在我國，大多數(shù)煤礦井下生產(chǎn)已經(jīng)實現(xiàn)了皮帶化，采用大巷強力帶式運輸機運輸?shù)姆绞揭卜浅Ｆ毡椤Ａ硗猓嬎銠C控制系統(tǒng)發(fā)展也非常迅速，它們具有很多種及時故障診斷和自我保護(hù)等功能，如應(yīng)用過程中的軸承溫度、倒轉(zhuǎn)、跑偏及斷帶等故障，可能在某些方面沒有面面俱到，在使用上還不能滿足一些功能，但是從發(fā)展的角度看問題，這的確是一個很好的開始。目前，我國直徑在兩米以上的提升機有1700多臺，其中90%為交流提升機，并且均是采用轉(zhuǎn)差功率消耗型的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，電控系統(tǒng)部分絕大多數(shù)仍采用繼電器接觸器系統(tǒng)，只有一小部分采用可控制編程器。直流提升機

5、多數(shù)為發(fā)電機拖動，雖有部分可控硅供電系統(tǒng)，也均為模擬量控制。而PLC可編程控制器使用比較簡單，程序設(shè)計起來也比較容易，不需要一些復(fù)雜的輸入輸出接口裝置，抵抗外界的干擾能力也很強，因此，它能在環(huán)境比較惡劣的情況下進(jìn)行長時間工作。      2.2 綜合機械化采煤 1970年，我國自主設(shè)計制造裝配了第一套綜合機械化采煤工作面，并在大同礦務(wù)局進(jìn)行試驗使用，一直試驗使用到80年代后期，這項技術(shù)的使用標(biāo)志著我國的煤礦綜合機械化采煤有了重大的突破性發(fā)展，推動了煤礦自動化的發(fā)展進(jìn)程，同樣，采煤機也由液壓牽引開始轉(zhuǎn)向電牽引；液壓支架的控制系統(tǒng)也逐漸向

6、計算機化發(fā)展，以計算機為核心，采用電液控制，移架自動化得以實現(xiàn)。另外，對工作面刮板運輸機也進(jìn)行了微機監(jiān)控裝置的配置，實現(xiàn)計算機自動化控制。機電一體化技術(shù)在綜合機械化采煤中的應(yīng)用，使設(shè)備動作趨于協(xié)調(diào)，且安全性、可靠性大為提高，操作性能更加完善，為煤炭企業(yè)帶來了更高的經(jīng)濟(jì)效益。2.3 礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng) 從多數(shù)煤礦使用監(jiān)控系統(tǒng)的效果來看，還存在一些問題，但是主要問題是傳感器的不足，并且使用過程中，其穩(wěn)定性相對較差，使用壽命不足，一些研究所和使用單位在這方面進(jìn)行了大量的研究，對一些關(guān)鍵技術(shù)也實施多次再設(shè)計改進(jìn)措施，但仍然沒有得到預(yù)期的效果，因此這些在實際現(xiàn)場應(yīng)用率不是很高。&#

7、160;   3 對我國煤礦機電一體化技術(shù)的思考     在20世紀(jì)，我國煤礦機電一體化技術(shù)(產(chǎn)品)取得了較大的發(fā)展，機電一體化技術(shù)應(yīng)用到了煤礦每個環(huán)節(jié)，但相對國外先進(jìn)煤礦還是比較落后的。因此，要讓我國煤礦機電一體化技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)技術(shù)水平，必須掌握信息時代機電一體化技術(shù)的特點和相關(guān)技術(shù)發(fā)展的動態(tài)。      應(yīng)提高我國煤礦機電一體化產(chǎn)品的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化的程度；以計算機為機電一體化的核心裝置，因為計算機運算和存貯能力非常強，且體積和功耗小，更加適合于工作空間狹

8、小的煤礦機電一體化產(chǎn)品，在設(shè)計煤礦機電一體化產(chǎn)品時，應(yīng)盡可能的選用功能強大的嵌入式計算機，從而保證工作性能更可靠；對于新開發(fā)的煤礦機電一體化產(chǎn)品應(yīng)具有通信功能，同時，要選用很好的開放性和高可靠性的通信模塊，方便與控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接通信控制；煤礦機電一體化產(chǎn)品需要達(dá)到智能化發(fā)展水平，能判斷機電設(shè)備和周圍環(huán)境的狀態(tài)，使設(shè)備能自動適應(yīng)環(huán)境并以最優(yōu)的狀態(tài)工作，同時能快速地對所采集的參數(shù)進(jìn)行分析，從而對故障進(jìn)行診斷，再根據(jù)這些診斷結(jié)果對以后工作過程中的故障進(jìn)行預(yù)測；要對礦用傳感器進(jìn)行深入研究和開發(fā)，提高礦用傳感器的可靠性和使用壽命，同時考慮傳感器的數(shù)字化、集成化、智能化和多維化，使礦用傳感器在比較惡劣的工

9、作環(huán)境下進(jìn)行信號的測量，并保證其測量準(zhǔn)確度，并具有自校正、自診斷、狀態(tài)識別和自我調(diào)節(jié)等功能；要關(guān)注國內(nèi)外高新技術(shù)的發(fā)展，將那些適于煤礦井下工作環(huán)境的高新技術(shù)用于煤礦機電一體化產(chǎn)品，從而提高煤礦現(xiàn)代化，達(dá)到煤礦自動化生產(chǎn)。 隨著機械工業(yè)的不斷進(jìn)步，我國綜合機械化掘進(jìn)設(shè)備不斷地產(chǎn)生、改進(jìn)并升級，而且綜掘設(shè)備的適應(yīng)范圍也不斷擴(kuò)展，但是還沒有任何一款綜掘機械敢于“吹噓”說自己能適應(yīng)所有的地質(zhì)條件。    綜合機械化掘進(jìn)工作面內(nèi)相關(guān)設(shè)備選擇必須合理選擇才能達(dá)到綜掘工作面應(yīng)有的效果。如果選型的結(jié)果是“大馬拉小車”，會造成機械設(shè)備生產(chǎn)能力的浪費；如果是“小馬拉大車”，綜掘工作面的掘進(jìn)速度

10、肯定達(dá)不到期望值。    因此，根據(jù)各煤礦、各采區(qū)，乃至各工作面的實際情況，合理選用大中小型煤巷、巖巷、半煤巖巷綜掘設(shè)備，才能保證航道的掘進(jìn)速度，進(jìn)而保證整個礦井的接替需要。   1綜掘機械的選型 綜掘機是綜合機械化掘進(jìn)工作面內(nèi)最重要的機械設(shè)備。綜掘機的高效運轉(zhuǎn)時是實現(xiàn)工作面掘進(jìn)目標(biāo)的根本基礎(chǔ)。根據(jù)礦井的地質(zhì)條件，選擇合理的綜掘機，才能發(fā)揮綜掘工作面的最大生產(chǎn)能力及實現(xiàn)安全生產(chǎn)。于綜掘機相配套的的相關(guān)設(shè)備，如二運系統(tǒng)是綜掘工作面高產(chǎn)高效的重要保證。   1.1選型原則 1.1.1綜掘機械各配套設(shè)備的生產(chǎn)能力應(yīng)不小于工作面設(shè)計生產(chǎn)能力的

11、1.2倍。選型時必須參照國內(nèi)外高產(chǎn)高效工作面輔助系統(tǒng)生產(chǎn)能力的設(shè)計，所選設(shè)備要能夠滿足快速掘進(jìn)的需要，綜掘設(shè)備的協(xié)調(diào)性以保證工作面快速推進(jìn)的需求。   1.1.2綜掘機械的研制與選型，應(yīng)特別注意設(shè)備的可行性，但也要注意其技術(shù)的先進(jìn)性。   1.1.3總體設(shè)備應(yīng)考慮與已有設(shè)備的配合，盡量不要造成已有設(shè)備的閑置。   1.1.4綜掘機械成套設(shè)備應(yīng)滿足快速掘進(jìn)施工工藝的要求。   1.2掘進(jìn)機的技術(shù)要求 1.2.1掘進(jìn)設(shè)備的“破、裝、運”三大功能與支護(hù)系統(tǒng)的支護(hù)功能互不干涉，刮扳機與裝載機構(gòu)分開控制，避免裝載機構(gòu)和刮扳運

12、輸負(fù)荷過大造成死機現(xiàn)象。   1.2.2掘進(jìn)機的檢修方面，液壓系統(tǒng)必須密封，以防止液壓油的污染，給液壓系統(tǒng)造成堵塞、泄露。掘進(jìn)機加油方式應(yīng)盡量采用自吸式。裝載機構(gòu)如果采用三爪轉(zhuǎn)盤，每個轉(zhuǎn)盤都應(yīng)用單獨的馬達(dá)驅(qū)動。    為解決液壓油的過熱現(xiàn)象，掘進(jìn)機的冷卻系統(tǒng)必須實時運轉(zhuǎn)，而且掘進(jìn)的油箱內(nèi)必須加裝冷卻器。各油缸的外露部分及液壓件應(yīng)加防護(hù)裝置。可實現(xiàn)各油缸動作速度及行走速度的手工元級調(diào)速。在重載情況(如遇到硬巖)時可通過慢速進(jìn)給降低切割載荷，以切斷硬巖，減少停機。截割頭采用國際一流技術(shù)，設(shè)計單刀力大，截齒布置合理，破巖過斷層能力強。   

13、1.2.3電器方面，電器回路的控制容量要大，維護(hù)要簡單。保護(hù)和顯示融為一體，全自動故障診斷和動作檢測、過流、過載、斷相、互不平衡、漏電、閉鎖、過壓和先導(dǎo)誤動作的控制系統(tǒng)，可顯示控制電機負(fù)載、運行狀態(tài)、故障情況、啟動器系統(tǒng)自控和主控制箱溫度等，便于檢測和查找處理問題。   1.3綜掘機效率 1.3.1根據(jù)以上分析，綜掘機械的“二運系統(tǒng)”如能采用雙面運輸膠帶機，可以減少工人的勞動強度，支護(hù)材料也可以實現(xiàn)機械化運輸。購置半煤巖掘進(jìn)機，可以實現(xiàn)支護(hù)、掘進(jìn)一體化，一次性全斷面快速掘進(jìn)，提高工效。   1.3.2實現(xiàn)掘進(jìn)機械鉆進(jìn)、截割、裝運、降塵、支護(hù)一體化，就能夠

14、提高掘進(jìn)效率，實現(xiàn)快速掘進(jìn)的目的，以達(dá)到礦井安全生產(chǎn)的需要，確全礦各項經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的完成，進(jìn)而保證整個礦井的高產(chǎn)高效。   1.3.3可選配獨立的錨桿動力接口單元，為錨桿鉆機提供動力，提高錨固作業(yè)效率。   2綜采設(shè)備配套使用中出現(xiàn)的問題及改進(jìn)建議2.1設(shè)備使用情況綜采設(shè)備的采煤效率是炮采和普采所無法比擬的，但由于設(shè)計和使用操作不當(dāng)，可能出現(xiàn)的問題也很多，例如：液壓支架護(hù)幫板開焊；護(hù)幫板與液壓支架主體連接構(gòu)件開焊；液壓支架調(diào)向困難，支架與刮板輸送機互為依托移動困難；采煤滾筒進(jìn)刀困難，三角煤不能盡采；液壓支架的前梁與收回護(hù)幫后的整體厚度與采煤機行星頭相互干涉；

15、采煤機行星頭與刮板運輸機鏟煤板相互干涉。2.2原因分析 2.2.1設(shè)計方面運輸機：運輸機的機頭架與過渡槽采用螺栓連接，形成不了一個鋼性整體。運輸機的中部槽與底板有一定的空隙。 液壓支架：液壓支架的工作阻力均是較大，但是沒有底側(cè)護(hù)，前梁和護(hù)幫的總厚度太厚，護(hù)幫板、伸縮前梁與推移千斤頂沒有實現(xiàn)連動。   采煤機：采煤機的行星頭太大，煤機的加油方式是人工加油。   2.2.2機械設(shè)備配套方面液壓支架的前梁與采煤機行星頭相互干涉，滯后支架不能實現(xiàn)超前移架。    采煤機配套的原運輸機的中部槽寬度是750mm，該設(shè)備與運輸機配套，煤機行星頭與運

16、輸機的鏟煤板間隙過小，跟機推溜時，煤機的行星頭與運輸機的鏟煤板相互干涉，造成煤機行星頭磨損和割鏟煤板。   2.2.3機械設(shè)備使用方面采煤機用的是鎬型截齒（U92）割底板，底板很容易出現(xiàn)凸凹狀態(tài)，鏟煤板和擋煤板將整個采煤機抬起，鏟煤板扎底，中部槽變形。   液壓支架進(jìn)回液高壓膠管過長，移架時常擠斷。   煤機的加油、檢修不力，抗磨液壓油污染，操縱閥堵塞，牽引系統(tǒng)常出故障。   支架工操作時，經(jīng)常不按照正規(guī)程序操作。移加過程中支護(hù)之大忌，如高射炮、拉弓等。更有甚者，前梁頂梁與頂板不能保持平行支護(hù)，整架受力不均，而各千

17、斤頂安全閥的開啟壓力是一樣的，由此造成液壓支柱竄液、結(jié)構(gòu)件從局部開始疲勞，進(jìn)而造成整個液壓支架的損毀。   2.3改進(jìn)措施 2.3.1加裝一套自吸泵，將采煤機的加油方式改為自吸式。   2.3.2移架時，護(hù)幫板、伸縮前梁收回；推溜時，護(hù)幫板、伸縮梁打開。護(hù)幫板、伸縮前梁與推移千斤頂實現(xiàn)互動。   2.3.3重新核定液壓支架護(hù)幫千斤頂安全閥開啟壓力，支架與互幫辦的連桿銷軸更換為剛度更大的連接件。   2.3.4運輸機的過渡槽采用啞鈴銷一節(jié)連接。   2.3.5液壓支架四聯(lián)桿底部增加一套側(cè)推裝置，防止液壓支架側(cè)滑。   2.3.6在煤機的加油布棚增加濾網(wǎng)。     4 結(jié)束語      煤礦機電一體化技術(shù)是煤礦綜合自動化的發(fā)展基礎(chǔ)，更是煤礦企業(yè)信息化建設(shè)的重要支撐技術(shù)，煤礦機電一體化技術(shù)在采、掘、運、裝備等方面的應(yīng)用和推廣，大力地推動我國煤礦綜合生產(chǎn)力