煤矿机电一体化技术应用探究与设备的选型改进

1、煤矿机电一体化技术应用探究与设备的选型改进长春工业大学 机械电子工程 2010级 陈 艳 浩内容摘要：煤炭是我国重要的能源，煤炭工业的大力发展，在我国的国民经济建设发展中占居重要的地位。因而，近年来各级煤矿企业领导都十分重视机电一体化技术在煤炭生产中的应用与推广。本文对煤矿机电一体化技术的应用进行研究。综合机械化掘进工作面和采煤工作面的运用是现代化高产、高效矿井的标志。根据实际条件合理选择综掘工作面及综采工作面机械设备是安全生产、高效生产的根本。采煤、掘进工作面设备的选型、设计、配套、使用和科学的管理是工作面高产、高效的保证。 关键词：煤矿；  机电一体化； 综掘

2、机；综采；型号；技术改造    1 概述      煤矿机电一体化产品是把各项高新技术融于一体的高科技产品，其主要技术包括：微电子、计算机、自动控制、人工智能、传感产品可靠性等等，这些都是科技高速发展的热门技术。在煤矿企业中，开始利用机电一体化技术对煤炭系统进行改造旧设备和开发新产品，并取得了巨大的成功，这让人们清楚地意识到，机电一体化技术和产品的发展是实现高效、安全、机械化采煤和煤矿机电产品更新换代的重要途径。     2 煤矿机电一体化技术产品的应用

3、    2.1 矿井运输提升产品的应用 在煤矿生产中，因为现代化煤矿发展的需要，对煤矿机械化采煤提出更高的要求，那么随之对井下、井上的运输和提升系统的要求也就越来越高。如今，对于国外一些采煤技术比较先进的国家，煤矿井下大巷的运输系统大多是采用带式运输机，他们基本上是采用直流式交流变频装置驱动方式，主要以电力电子器件为核心。在英国和意大利等国家，高性能、高可靠性的磁阻电机在煤矿提升系统中也得以应用。还有德国自主研发的内装式交交变频调速提升机，它采用机电一体化技术把电机和滚筒做成一体，这样的融合技术不论在机械结构设计方面还是在电气控制系统

4、方面在世界上都处于领先地位。      在我国，大多数煤矿井下生产已经实现了皮带化，采用大巷强力带式运输机运输的方式也非常普遍。另外，计算机控制系统发展也非常迅速，它们具有很多种及时故障诊断和自我保护等功能，如应用过程中的轴承温度、倒转、跑偏及断带等故障，可能在某些方面没有面面俱到，在使用上还不能满足一些功能，但是从发展的角度看问题，这的确是一个很好的开始。目前，我国直径在两米以上的提升机有1700多台，其中90%为交流提升机，并且均是采用转差功率消耗型的转子串电阻调速，电控系统部分绝大多数仍采用继电器接触器系统，只有一小部分采用可控制编程器。直流提升机

5、多数为发电机拖动，虽有部分可控硅供电系统，也均为模拟量控制。而PLC可编程控制器使用比较简单，程序设计起来也比较容易，不需要一些复杂的输入输出接口装置，抵抗外界的干扰能力也很强，因此，它能在环境比较恶劣的情况下进行长时间工作。      2.2 综合机械化采煤 1970年，我国自主设计制造装配了第一套综合机械化采煤工作面，并在大同矿务局进行试验使用，一直试验使用到80年代后期，这项技术的使用标志着我国的煤矿综合机械化采煤有了重大的突破性发展，推动了煤矿自动化的发展进程，同样，采煤机也由液压牵引开始转向电牵引；液压支架的控制系统也逐渐向

6、计算机化发展，以计算机为核心，采用电液控制，移架自动化得以实现。另外，对工作面刮板运输机也进行了微机监控装置的配置，实现计算机自动化控制。机电一体化技术在综合机械化采煤中的应用，使设备动作趋于协调，且安全性、可靠性大为提高，操作性能更加完善，为煤炭企业带来了更高的经济效益。2.3 矿井安全生产监控系统 从多数煤矿使用监控系统的效果来看，还存在一些问题，但是主要问题是传感器的不足，并且使用过程中，其稳定性相对较差，使用寿命不足，一些研究所和使用单位在这方面进行了大量的研究，对一些关键技术也实施多次再设计改进措施，但仍然没有得到预期的效果，因此这些在实际现场应用率不是很高。&#

7、160;   3 对我国煤矿机电一体化技术的思考     在20世纪，我国煤矿机电一体化技术(产品)取得了较大的发展，机电一体化技术应用到了煤矿每个环节，但相对国外先进煤矿还是比较落后的。因此，要让我国煤矿机电一体化技术达到世界先进技术水平，必须掌握信息时代机电一体化技术的特点和相关技术发展的动态。      应提高我国煤矿机电一体化产品的规范化、标准化、系列化和通用化的程度；以计算机为机电一体化的核心装置，因为计算机运算和存贮能力非常强，且体积和功耗小，更加适合于工作空间狭

8、小的煤矿机电一体化产品，在设计煤矿机电一体化产品时，应尽可能的选用功能强大的嵌入式计算机，从而保证工作性能更可靠；对于新开发的煤矿机电一体化产品应具有通信功能，同时，要选用很好的开放性和高可靠性的通信模块，方便与控制网络进行连接通信控制；煤矿机电一体化产品需要达到智能化发展水平，能判断机电设备和周围环境的状态，使设备能自动适应环境并以最优的状态工作，同时能快速地对所采集的参数进行分析，从而对故障进行诊断，再根据这些诊断结果对以后工作过程中的故障进行预测；要对矿用传感器进行深入研究和开发，提高矿用传感器的可靠性和使用寿命，同时考虑传感器的数字化、集成化、智能化和多维化，使矿用传感器在比较恶劣的工

9、作环境下进行信号的测量，并保证其测量准确度，并具有自校正、自诊断、状态识别和自我调节等功能；要关注国内外高新技术的发展，将那些适于煤矿井下工作环境的高新技术用于煤矿机电一体化产品，从而提高煤矿现代化，达到煤矿自动化生产。 随着机械工业的不断进步，我国综合机械化掘进设备不断地产生、改进并升级，而且综掘设备的适应范围也不断扩展，但是还没有任何一款综掘机械敢于“吹嘘”说自己能适应所有的地质条件。    综合机械化掘进工作面内相关设备选择必须合理选择才能达到综掘工作面应有的效果。如果选型的结果是“大马拉小车”，会造成机械设备生产能力的浪费；如果是“小马拉大车”，综掘工作面的掘进速度

10、肯定达不到期望值。    因此，根据各煤矿、各采区，乃至各工作面的实际情况，合理选用大中小型煤巷、岩巷、半煤岩巷综掘设备，才能保证航道的掘进速度，进而保证整个矿井的接替需要。   1综掘机械的选型 综掘机是综合机械化掘进工作面内最重要的机械设备。综掘机的高效运转时是实现工作面掘进目标的根本基础。根据矿井的地质条件，选择合理的综掘机，才能发挥综掘工作面的最大生产能力及实现安全生产。于综掘机相配套的的相关设备，如二运系统是综掘工作面高产高效的重要保证。   1.1选型原则 1.1.1综掘机械各配套设备的生产能力应不小于工作面设计生产能力的

11、1.2倍。选型时必须参照国内外高产高效工作面辅助系统生产能力的设计，所选设备要能够满足快速掘进的需要，综掘设备的协调性以保证工作面快速推进的需求。   1.1.2综掘机械的研制与选型，应特别注意设备的可行性，但也要注意其技术的先进性。   1.1.3总体设备应考虑与已有设备的配合，尽量不要造成已有设备的闲置。   1.1.4综掘机械成套设备应满足快速掘进施工工艺的要求。   1.2掘进机的技术要求 1.2.1掘进设备的“破、装、运”三大功能与支护系统的支护功能互不干涉，刮扳机与装载机构分开控制，避免装载机构和刮扳运

12、输负荷过大造成死机现象。   1.2.2掘进机的检修方面，液压系统必须密封，以防止液压油的污染，给液压系统造成堵塞、泄露。掘进机加油方式应尽量采用自吸式。装载机构如果采用三爪转盘，每个转盘都应用单独的马达驱动。    为解决液压油的过热现象，掘进机的冷却系统必须实时运转，而且掘进的油箱内必须加装冷却器。各油缸的外露部分及液压件应加防护装置。可实现各油缸动作速度及行走速度的手工元级调速。在重载情况(如遇到硬岩)时可通过慢速进给降低切割载荷，以切断硬岩，减少停机。截割头采用国际一流技术，设计单刀力大，截齿布置合理，破岩过断层能力强。   

13、1.2.3电器方面，电器回路的控制容量要大，维护要简单。保护和显示融为一体，全自动故障诊断和动作检测、过流、过载、断相、互不平衡、漏电、闭锁、过压和先导误动作的控制系统，可显示控制电机负载、运行状态、故障情况、启动器系统自控和主控制箱温度等，便于检测和查找处理问题。   1.3综掘机效率 1.3.1根据以上分析，综掘机械的“二运系统”如能采用双面运输胶带机，可以减少工人的劳动强度，支护材料也可以实现机械化运输。购置半煤岩掘进机，可以实现支护、掘进一体化，一次性全断面快速掘进，提高工效。   1.3.2实现掘进机械钻进、截割、装运、降尘、支护一体化，就能够

14、提高掘进效率，实现快速掘进的目的，以达到矿井安全生产的需要，确全矿各项经济指标的完成，进而保证整个矿井的高产高效。   1.3.3可选配独立的锚杆动力接口单元，为锚杆钻机提供动力，提高锚固作业效率。   2综采设备配套使用中出现的问题及改进建议2.1设备使用情况综采设备的采煤效率是炮采和普采所无法比拟的，但由于设计和使用操作不当，可能出现的问题也很多，例如：液压支架护帮板开焊；护帮板与液压支架主体连接构件开焊；液压支架调向困难，支架与刮板输送机互为依托移动困难；采煤滚筒进刀困难，三角煤不能尽采；液压支架的前梁与收回护帮后的整体厚度与采煤机行星头相互干涉；

15、采煤机行星头与刮板运输机铲煤板相互干涉。2.2原因分析 2.2.1设计方面运输机：运输机的机头架与过渡槽采用螺栓连接，形成不了一个钢性整体。运输机的中部槽与底板有一定的空隙。 液压支架：液压支架的工作阻力均是较大，但是没有底侧护，前梁和护帮的总厚度太厚，护帮板、伸缩前梁与推移千斤顶没有实现连动。   采煤机：采煤机的行星头太大，煤机的加油方式是人工加油。   2.2.2机械设备配套方面液压支架的前梁与采煤机行星头相互干涉，滞后支架不能实现超前移架。    采煤机配套的原运输机的中部槽宽度是750mm，该设备与运输机配套，煤机行星头与运

16、输机的铲煤板间隙过小，跟机推溜时，煤机的行星头与运输机的铲煤板相互干涉，造成煤机行星头磨损和割铲煤板。   2.2.3机械设备使用方面采煤机用的是镐型截齿（U92）割底板，底板很容易出现凸凹状态，铲煤板和挡煤板将整个采煤机抬起，铲煤板扎底，中部槽变形。   液压支架进回液高压胶管过长，移架时常挤断。   煤机的加油、检修不力，抗磨液压油污染，操纵阀堵塞，牵引系统常出故障。   支架工操作时，经常不按照正规程序操作。移加过程中支护之大忌，如高射炮、拉弓等。更有甚者，前梁顶梁与顶板不能保持平行支护，整架受力不均，而各千

17、斤顶安全阀的开启压力是一样的，由此造成液压支柱窜液、结构件从局部开始疲劳，进而造成整个液压支架的损毁。   2.3改进措施 2.3.1加装一套自吸泵，将采煤机的加油方式改为自吸式。   2.3.2移架时，护帮板、伸缩前梁收回；推溜时，护帮板、伸缩梁打开。护帮板、伸缩前梁与推移千斤顶实现互动。   2.3.3重新核定液压支架护帮千斤顶安全阀开启压力，支架与互帮办的连杆销轴更换为刚度更大的连接件。   2.3.4运输机的过渡槽采用哑铃销一节连接。   2.3.5液压支架四联杆底部增加一套侧推装置，防止液压支架侧滑。   2.3.6在煤机的加油布棚增加滤网。     4 结束语      煤矿机电一体化技术是煤矿综合自动化的发展基础，更是煤矿企业信息化建设的重要支撑技术，煤矿机电一体化技术在采、掘、运、装备等方面的应用和推广，大力地推动我国煤矿综合生产力