机电一体化技术在机械化采煤中的应用

刘明龙

（山东枣庄矿业集团田陈煤矿机电科，山东 枣庄 277000）

现阶段，煤矿开采行业的机械化程度呈现逐步提升的趋势，煤炭行业的发展进入了持续增长的新阶段，在此过程中机电一体化技术起到了关键作用。机械化采煤中应用的机电一体化技术集合了现代化的信息技术、电气工程和自动化等多种学科，引入现代化的高效开采技术，不断研发新型开采设备和技术，优化传统的煤矿机电设备机组，对于煤炭企业生产效益的提升具有重要意义。

1 机电一体化技术概述

1.1 概念

在机械化采煤的过程中，机电一体化技术的应用主要是将各类电子技术和信息化技术融入到设备机组的开发中，并基于此对煤矿开采设备机组的主控制系统、总控制功能和信息传输模块进行总体优化和改进，同时通过将电子技术嵌入到机组的软硬件部分，来架设一个机电一体化的自动化煤矿开采机组体系。为了有效提升机电设备机组的作业质量和效率，机电一体化技术的推行需要对设备的硬件和软件结构进行调整和创新，同时应用各类现代化的非金属复合型材料，以此来推进采煤机械设备生产的微型化和高效化发展，同步增强控制系统的响应速度，减少机组设备的能源资源综合消耗。

1.2 核心技术

机电一体化技术的核心就在于硬件技术和软件技术，硬件技术主要是指机械化采煤设备硬件本体的技术，应用各类现代化的生产模式来进行设备硬件的优化和改造，让后期投入使用采煤设备的性能更为高效；软件技术则主要指应用各类自动化技术和信息化技术来进行机电设备机组的整体控制与调整，让设备机组始终处于科学运作的状态下，进而实现设备使用说明的延长和作业效率的提升，对于系统研发成本的减少具有重要意义[1]。

现阶段，应用于机械化采煤中的机电一体化技术主要包括信息处理技术、接口技术和传感技术。信息处理技术主要是对采煤机电设备作业产生的信息数据进行实时的记录、上传和分析，从数据层面切实来保证机组设备整体运行稳定性，同时能够有效加强机械化采煤的信息传输速度。接口技术则是指利用统一的计算机设备来综合控制整个机组设备，并通过计算机设备与不同电设备间的接口来进行标准化和大容量化的指令下达，从而实现采煤机械设备基础的标准化管理。传感技术则是采用非接触检测的形式来对煤矿机电设备的运作过程进行检查和上报，从而能够及时接收到设备的运作信息，有利于对机械化采煤机组设备作业的全方位把控。

2 机电一体化技术在机械化采煤中应用的优势分析

2.1 提升了采煤设备作业的安全性

在机械化采煤的过程中，工作人员需使用大量的机电设备，并通过控制其操作杆和控制台来操作这部分机电设备，这一定程度上对操作人员的操作技能有着要求。在进行设备控制的过程中，一旦操作人员出现操作力度不当等现象，就极易导致机电设备失控等问题的发生，而机电一体化技术的应用则是用现代化的电气设备来操控采煤机电设备，不仅能够有效降低机械化采煤设备的操作难度，同时也提升了采煤设备作业的安全性。

2.2 增强了设备操作的便利性

机械化采煤所应用的机电设备在使用一段时间后会发生故障，传统的机电操作方式只能通过人工操作来进行日常作业，总体的设备操作程序较为复杂，且传统作业模式中机械设备的故障只能通过人工定期排查和故障维修等方式来发现故障，而现阶段所应用的机电一体化技术则能够自动控制机电设备组的各项操作，而设备的故障信息则能够通过传感器和信息传输接口等方式传输到总控台上，设备检修和维护操作的便利性也得到了有效增强。

2.3 降低了工作人员的劳动强度

机械一体化技术在机械化采煤过程中的应用能够有效降低工作人员的劳动强度，与传统采煤设备机组对比，机电一体化技术所应用的机械化设备的操作和移动具有较强的便捷性，这能够直接将工作人员从繁重的采煤工作中脱离出来，同时也能够切实保证设备机组运行的稳定性和安全性，一定程度上提升了工作人员煤矿开采的质量和效率运作成本，具有重要意义[2]。

3 机电一体化技术在机械化采煤中的应用现状

在机械化采煤的发展过程中，机电一体化技术的应用是智能设备与采煤机组融合的标志，逐步将人工化的采煤工作转化为自动化的采煤生产，不同类型煤矿所应用的不同检测仪器能够让工作人员迅速了解煤矿的各项数据和信息。

3.1 开采智能化

在我国煤矿企业机械化水平持续提升的大背景下，各煤矿工作人员在采煤工作的初期就能够准确测到煤矿及资源的具体位置，一定程度上加快了采煤工作的整体节奏和进度，减少了用于煤矿探测的施工时间。应用机电一体化技术来开展采煤工作不仅能够全面勘测煤矿各区域的具体情况，还能够充分利用各类现代化的智能设备进行稳定安全的采煤作业，切实提升了采煤作业的阶段性质量和效率，推动了我国煤矿行业的高效化发展。

3.2 设备微型化

目前，我国大部分煤矿企业应用的采煤设备机组体积正在逐步减小，机组的移动作业相对便捷，直接加快了煤矿作业的开采进程[3]。同时其操作和控制的便捷性较强，主要应用远程操控的模式来控制机械开采作业，能够为开采人员营造一个相对安全和稳定的作业环境，设备的微型化发展是机电一体化技术应用的主要价值所在。

3.3 操作自动化

在机械化采煤未引入机电一体化技术以前，煤矿开采人员需要对井下的开采情况进行实时的人工监管与控制，难以第一时间发现开采过程中的安全问题和隐患。整体作业的危险系数较高，而机电一体化技术应用后开采人员则可通过监控系统和监控平台来实时监控煤矿开采的内部情况，同时警报系统也能够实时预警和报警相应的安全隐患与事故状况，能够有效加强管理人员对开采进度的控制与管理，整体的开采作业呈高度自动化态势。

4 机电一体化技术在机械化采煤中的具体应用探讨

机电一体化技术在机械化采煤过程中的应用已较为广泛，各煤炭企业都已意识到机电一体化技术的科学性和优越性，逐步引进了多种科学的开采技术，应用到了煤矿监测、采煤、装载、提升、运输和监控等过程，直接推动了煤炭产量和开采安全性的直线上升。

4.1 环境监测

在现阶段机械化采煤过程中，采煤队伍开展作业计划的第一要素就是保证环境的安全性。而机电一体化技术的引入，则能够有效优化机械化采煤的环境监测工作，通过无线探测和自动化预警等技术来把控各环节机械化采煤的作业状况，从开采环境和开采设备两个角度来进行机械化采煤环境的综合监测[4]。

在机电一体化环境监测的过程中，系统设备能够及时发现前方开采环境和设备实施开采状态中存在的各类问题和隐患，同时能够准确指出存在问题和隐患的部位。此项功能不仅能够有效消除人工环境监测的弊端，还能够有效加强机械化采煤进程环境监测的精准性。一定程度上减少了机械化采煤应用于环境监测的人工和机械成本，同时大大降低了机械化采煤环境监测的难度，未来实现机械化采煤环境监测的自动化和智能化运作。

4.2 采煤过程

机电一体化在机械化采煤过程中的应用最为显著的体现就是电牵引采煤机的引入，此种设备能够在较短时间内自动寻找合适的煤矿开采点，并且能够确保开采过程中矿井内壁受力的均匀性。电牵引采煤机在实际的采煤过程中有着较强的牵引性和高动能，能够较大限度上克服采煤过程中的阻力，及时控制采煤机的下滑状况，同时也具有操作简单和适应性强的优势，此类设备能够有效提升机械化采煤作业的工作效率和开采量，逐步成为了煤矿采煤过程中应用较为广泛的设备之一。在采煤过程中应用机电一体化技术能够有效加快煤矿开采的整体进程，有利于保证煤矿开采人员的人身安全，同时也能够切实增加企业的经济社会效益。

4.3 煤炭装载

机电一体化技术在煤炭装载过程中能够有效加快煤炭的装载速度，减少煤矿开采工作人员的煤炭装载工作量和压力，能够让煤炭企业将更多的人力资源投入到更高技术含量的工作过程当中，对于激发煤炭开采人员的工作积极性和工作热情具有重要作用。同时机电一体化的煤炭装载工作也提高了煤炭企业的煤炭装载效率，推动了企业经济、社会效益的综合增长，能够帮助企业在行业内树立良好的口碑和形象，提升了企业的综合竞争力和行业影响力。

4.4 煤矿提升

机电一体化技术在煤矿提升进程中的应用直接提升了煤矿提升机的自动化和一体化水平，内装式提升机和全数字式提升机的应用在结构和工作效率等方面具有显著优势。内装式提升机主要采用驱动铜辊一体化的机械结构，一定程度上优化和简化了设备机组的整体设备结构，能够真正意义上实现机械机组的自动化控制。全数字式的提升机则能够充分利用场地总线的形式来管理和控制整个提升机设备机组，对于电器安装运行进程的开展具有有效的优化作用，同时也有利于保证设备机组软硬件部分的有效兼容[5]。

4.5 煤炭运输

皮带传送是现阶段煤矿企业进行煤炭运输工作的主要形式，主要应用带式运输机来进行煤炭运输，其主要优点就在于设备机组的经济适应性强，同时也存在着较易出现运输跑偏、断带和打滑等问题的缺陷。在此背景下，机电一体化技术引入了皮带综合保护装置，保护装置主要由隔爆腔和壳体来支撑作业，主要应对带式运输机作业过程中有可能出现的温度过高、速度过慢、煤体堆积和打滑跑偏等问题。皮带综合保护装置的额定输入电压需控制在36V或是AC127V，同时也需保障最高输入电压低于AC140V或是40V。此装置的引入和应用能够有效提升皮带运输进程的质量和效率，有效保证带式运输机运输状态的稳定性和长距离运输的安全性，同时也能够有效缩短煤炭运输进程的时间，其强大的实用性和功能性有效简化了煤炭运输的整体进程，提升了煤矿的运输速度和质效。在运输坡度较大的情况下，煤矿开采人员可应用机电一体化制动器来调整带式运输的制动力距，主要调整为额定力矩的1.6倍至2倍，同时也能够应用传感器所传输的数据进行各项参数的实时调整，这能够较大限度上减少煤炭大面积脱落问题的发生，有效保证煤炭运输设备的安全性并增加其使用寿命。

4.6 安全监控

安全监控是机电一体化技术应用到机械化采煤中的重要表现，应用于煤矿井下的通风安全监控和各生产环节的安全监控，有着较为强大的报警、模拟量、储存、传输、处理和显示功能，能够全面监控井下瓦斯、运输轨道、供电系统、排水系统、压力系统和各生产环节的安全隐患等等，对各个生产环节进行全方位的实时监控，能够有效减少安全事故的发生率。

安全监控系统的应用是建设机电一体化煤矿开采综合管理系统的重要一环，能够让管理人员实时关注各开采环节的工作状态，实现自上而下的煤矿开采，系统化控制与管理，基本实现了井下安全监控的半自动化。与此同时，安全监控系统所应用的远程遥控和微电脑编程命令的应用则能够在煤矿危险地带替代人工检测，大大有利于保障井下煤矿开采人员的安全性，能够切实保障煤矿开采计划的顺利实施。

5 机电一体化技术在机械化采煤中应用的趋势展望

随着我国信息技术和智能机械的快速发展，未来机电一体化技术在机械采煤中的应用将会日益普及和深入，同时也能够与其他学科一同优化机械化采煤的整体结构和运作机制，如模糊数学灰色理论等，此类现代化学科能够有效保障机电一体化技术在机械化采煤进程中的深度应用。

6 结束语

综上所述，机电一体化技术在煤矿开采过程中的应用有效提升了煤炭开采的质量和效率，同时也保证了煤矿开采全程的安全性，直接推动了煤炭开采行业的进步和发展。因此相关工作人员就要充分把握机电一体化技术在煤炭开采环境监测、开采过程、煤炭装载、煤矿提升、煤炭运输和安全监控过程中的应用，在保持现有研究成果的同时积极引进各类先进的机电一体化技术、设备和理念，多措并举推进煤炭开采体系的科学化、合理化发展。