煤矿机电一体化技术的应用探究

付秀峰

（黑龙江龙煤双鸭山矿业有限责任公司，黑龙江 双鸭山 155100）

在工业自动化背景下，煤矿机电一体化技术在破碎、开采、生产、运输等领域得到了广泛运用。近年来，煤矿机电设备的数量、类型增加，为矿井作业创造了便利。但是也存在管理制度不完善、养护检修不及时、协同作业难度大等一系列问题，使得机电一体化技术的应用优势大打折扣。因此，煤矿企业不仅要增加资金投入，引进和应用机电一体化技术，而且还要加强设备管理，实现机电设备和机电一体化技术的定期更新，从而为煤矿生产的高效率进行，以及煤矿企业的可持续发展提供技术支持。

1 煤矿机电一体化技术的应用实践

1.1 在采煤机中的应用

早期煤矿开采中，以液压牵引采煤机为主；随着机电一体化技术的成熟，基于电气控制的电牵引采煤机开始广泛使用。除了提供更大的牵引力，提升采煤作业能力外，机电一体化技术的应用优势还体现在：其一，动态特性好，实时监测采煤机的状态参数，防止采煤机超载运行；其二，提供下滑制动功能，当倾斜角度为40o-50o时，利用机电一体化技术的下滑制动性能，有效控制轴端停电设置功能，最大程度上防止开采作业环节当中，出现下滑的情况，有效避免安全事故的发生。其三，相比于液压牵引，电牵引不容易发生零件磨损，有效延长设备寿命。对降低故障率和保证采煤作业持续性有显著效果。其四，体积小巧、质量轻便，节能效益明显，降低了设备运行成本。

1.2 在带式输送机中的应用

带式输送机是煤矿生产中的关键设备。机电一体化技术的运用，不仅提高了带式输送机的输送距离、输送功率，而且还保证了设备运行的稳定性。以传动装置为例，利用分布在前端的各种传感装置，能够实时获取带式输送机的传动参数，包括V带的传动速率、电动机的实时转速、各轴输入功率等。现场作业人员根据煤矿运输需要，在带式输送机的控制面板上调节运行参数，由PLC根据操控指令调整带式输送机的传送参数，从而实现对输送效率的调整。除此之外，机电一体化技术还能够提供在线监控功能，实现对带式输送机电气系统的自动诊断，确保有故障问题第一时间发现，对避免机电设备发生严重故障也有积极作用。

1.3 在掘进机中的应用

掘进机电气系统主要是由矿用隔爆型电铃、矿本质安全型操作箱、矿用隔爆兼安全型开关箱、隔爆照明灯等构成。此类设备中，机电一体化技术的作用主要是保护设备的主控制器，从而控制系统协调运行。此外，将实时收集到的设备运行参数，与预设的标准工况进行对比。若发现异常参数，则利用故障记忆功能，自动识别掘进机的故障类型。进而生成故障分析报告，包括故障位置、发生原因以及修理方案等，为设备管理人员开展维修处理提供了参考。除此之外，机电一体化技术还能对短路、油泵、二运电机的过压、三相不平衡等事项进行有效地监控与保护，准确的显示各个电机的实际工作电压、运行状态及故障信息等信息。

1.4 在矿井安全生产监测方面的应用

保障井下作业安全，是煤矿生产管理的重中之重。利用机电一体化技术布局煤矿安全生产监控系统，一方面能够实现对潜在安全隐患的精准识别，并且由系统自动告警，提醒现场安全管理人员和井下作业人员作出应急避险，防范恶性安全事故的发生；另一方面，借助于机电一体化技术，由计算机自动调控矿井装置，消除安全隐患。例如当传感器监测到矿井瓦斯浓度达到设定阈值时，将该信号发送给终端计算机。计算机发出两条指令，一条是报警指令，控制报警器提醒有关人员；另一条是通风指令，控制风机加大送风力度，稀释矿井空气中瓦斯浓度，从而消除事故隐患。机电一体化技术的应用，在确保煤矿生产安全方面作用显著。

1.5 在提升机中的应用

在提升机的内置控制平台中，核心设备是工业计算机（PLC），通过编程控制的方式，实现机电一体化的应用。利用PLC编程控制器上的输入/输出串口，实现信息交换。利用输入口，PLC能够获取提升机作业时的各种信号，包括速度信号、打点信号、停车信号以及安全回路故障信号等。PLC接收并识别信号后，利用内置程序生产相应的控制指令，然后利用输出口，将这些指令发送到前端动作单元，完成提升操作。在机电一体化技术的应用方面，国外已实现了全过程听微机监控，而且利用双安全线路，而且在安全监控同路上采用冗余技术，从而使得煤矿提升机的运行变得更加安全，显著降低了设备故障和安全事故的发生率。国内方面，也有一些煤矿企业利用数字提升机，对于重复性故障的寻址、诊断和自诊断都实现了突破，而且可以进行简单的通信。

2 煤矿机电一体化技术的推广策略

2.1 完善并落实机电设备管理制度

煤矿机电设备类型较多，给日常管理增加了难度。如果检修、维护不到位，很有可能使设备发生故障，不仅影响煤矿生产效率，甚至会带来安全隐患。因此，在推广机电一体化技术的过程中，煤矿企业还应出台更加详细的机电设备管理制度，通过保障机电设备的良好工况，从而保证机电一体化技术应用优势的发挥。例如，明确机电设备的检修制度，安排专人定期检查采煤机、提升机等设备是否存在运行隐患。

2.2 做好机电管理人员的培训

机电一体化技术的运用，虽然在一定程度上代替人工完成了煤矿的开采、运输等工作，但是在现有的技术条件下，还不能完全脱离人工操作。而随着煤矿机电设备的自动化、智能化程度不断提升，相应的对设备管理人员的各项要求也在不断提高。煤矿企业应加大培训力度，保证机电设备操作人员、管理人员，能够熟练运用机电一体化技术，做好设备的运行管理、日常维护，确保其发挥应有的价值，支持煤矿生产的稳定、高效运行。

3 煤矿机电一体化技术的发展趋势

3.1 智能化

在机电一体化技术的影响下，现阶段煤矿机电设备的自动化程度较高，但是多数情况下还是需要人工发送操控指令；未来，随着机电一体化技术的进一步成熟，特别是随着AR技术、5G技术在这一领域的运用，煤矿机电设备的智能化程度也会得到提升。以煤矿机电设备的运行自检为例，在现有的技术条件下，PLC通过采集设备运行参数，能够实时、准确识别出机电设备的故障，然后将故障信息反馈给管理人员；而机电一体化技术的智能化发展，不仅可以做到潜在故障的自动巡检、精准识别，还可以自动生成维修方案，为管理人员开展设备故障处理提供参考。

3.2 微型化

煤矿井下作业空间有限，大型机电设备不仅占用太多空间，而且日常维护、检修难度较大，使用成本较高，显然不符合煤矿企业的利益需求。在机电一体化技术的支持下，煤矿机电设备将会朝着微型化、高效率的方向发展。例如，在机电设备的控制系统中，使用微型工控机代替PC机，不仅提高了系统的运行速率，增强了机电设备的灵敏度，而且显著缩小了机电设备的体积。除此之外，微型化带来的另一个优势，在于机电设备中大量使用集成化电路，也会减少空间占用，从而使得煤矿机电设备的使用更加灵活。

4 结束语

在煤炭行业深化供给侧改革的背景下，机电一体化技术展现出强大的优越性，在推进煤矿开采从劳动力密集型向技术密集型转变提供了支持。现阶段，机电一体化技术主要在煤矿常用电气设备上得到应用，如掘进机、提升机、采煤机等；除此之外，像井下安全监测系统中，机电一体化技术也有使用。从技术应用效果来看，无论是提升煤矿生产效率，还是减轻一线人员工作压力，抑或是保障井下作业安全，机电一体化技术均发挥了显著的优势。下一步，机电一体化设备将会朝着智能化、微型化方向发展，煤矿企业应完善管理制度，为机电一体化设备多种功能与价值优势的发挥创造必要条件。