刘根民

摘 要：机电一体化技术运用在煤矿中，推动智慧矿山建设，实现对传统煤炭生产的转型改革。本文主要介绍了机电一体化技术在煤矿中的运用，分析机电一体化技术在掘进机、支护设备、采煤机、运输机以及监控系统等方面的应用。

关键词：机电一体化技术;煤矿机械;智慧矿山;自动控制系统;转型改革

引言

当前世界高速发展，煤炭是工业建设的基础能源。为了满足我国能源的需求，如何高效的开采、利用煤矿资源一直都是重要的研究课题。煤矿机电一体化技术便是将电工电子技术、电气、计算机设备与机械相结合，实现煤矿的信息化、自动化以及智慧化等多元化。在煤矿中运用机电一体化技术提高了煤矿的生产效率，保障煤矿的生产安全，优化煤矿资源的利用，对高效的开采和高效利用煤矿资源具有了重要战略意义。

意义

将机电一体化技术应用在煤矿事业中，加速了智慧化矿山建设，实现了传统煤炭生产的转型升级。有效地降低了安全生产的成本;提高了安全生产效率;减小了劳动强度;提高了安全系数，有效地保证了作业人员的生命安全[1]。

一、机电一体化技术的内涵

（一）信息处理技术

利用计算机程序编制、Algorithm处理，从而下达各种指令，通过硬件系统实现电子元件与机械的有效联系，从而达到煤矿设备的信息化、自动化以及智慧化等多元化。

（二）检测传感技术

通过各种传感器及各类软件的有机结合，实现检测与传感的功能。机电一体化设备中，高效先进的传感系统可以根据传感器反馈来的信息对煤矿设备的系统进行控制[2]。在煤矿机电一体化设备中，一旦传感器失效，就会造成很多控制系统不能准确的检测控制对象的相关参数，无法进行有效地反馈，也就无法实现自动控制和自动操作，实现智慧化。因此传感技术水平的高低直接影响着机电一体化的技术的发展，智慧化矿山的建设。

（三）自动控制技术

由于煤矿井下作业环境恶劣，存在危险因素。所以为了更加有效地安全生产，自动控制技术便成了煤矿生产中机电一体化技术中必不可少的技术之一[3]。自动控制技术主要有四类，分别为：位式控制、积分控制、比例控制以及微分控制四大类控制。实际运用则是根据不同的要求设计不同的自动控制技术或是自动控制组合技术（例如，比例–积分控制、比例–微分控制、比例–积分–微分控制等）。

（四）系统集成技术

系统集成技术是将机械、信息数据，自动控制集成于一体，实现自动控制有效运行的技术[4]。

二、机电一体化技术在煤矿中的运用

（一）机电一体化技术在煤矿掘进机中的应用

掘进机是煤矿生产作业中极其重要的机械设备。因此在掘进机中应用机电一体化技术是非常有必要的。它可以有效地提高掘进生产作业的效率。在煤矿掘进机中常将电气系统与液压系统有效地结合形成协同作用，从而达到机、电、液一体化的高标准[4]。其中电气部分主要有：安全操作箱、矿用防爆电铃、防爆灯以及矿用防爆开关集成箱等一系列装备[5]。通过电气元件，可以实现人机交互功能。利用PLC可编程控制器为关键核心，实现对各种硬、软件的时式监控、检查以及保护。将各种硬、软件的运行状况、电气参数以及故障信息显示出来。在整个系统中，机电一体化技术运用表现出了传统机械中不具备的优势。安全性、可靠性以及各种构件之间的协调沟通性明显增强。

（二）机电一体化技术在煤矿支护设备的应用

目前，我国煤矿生产作业中，传统的支护设备常用的大多都是液压支架。但是随着现代化工业技术的发展，智慧化生产技术的提高，机、电、液一体化综合智能控制支护设备应用越来越多。机、电、液综合智能控制技术也是机电一体化技术的体现。它主要是将计算机控制技术与液压控制技术有机结合在一起，形成定向压力和双向移动自动荷载，造成对顶板和支架冲击，从而提高支架承受顶板的负荷冲击能力[6]。同时也提高作业速度，有效地实现了支护作业的监控能力。一旦某个支架出现故障，通过计算机控制系统也可以及時的反映给工作人员，实现人与人，人与机，机与机的协调通讯。

（三）机电一体化技术在采煤机中的应用

将机电一体化技术运用在采煤机中，大大提高了传统采煤机的工作性能。经科研人员的不断研发，我国将机电一体化技术运用在采煤机中研发的电牵引采煤机也逐步走向了成熟。大同煤矿集团公司煤峪口矿就采用此类电牵引采煤机。此类电牵引采煤机的主要特点有以下几个方面：

（1）可以为采煤机前进所需提供足够的稳定良好的动力。能克服外界的阻力，顺利移动，自动控制系统一旦发现采煤机出现下滑、滞后等一系列情况，还能立即发电制动，还能通过电网反馈电能[7]。

（2）在大倾角煤层作业条件下也可以正常作业。设计的制动力矩是电动机额定转矩的4倍左右。因此，此类具有机电一体化技术的电牵引采煤机，能够不用附加任何防滑设备的情况下，在倾角约为50°的煤层中正常工作。

（3）与传统的采煤机设备相比这类电牵引采煤机的反应灵敏度和动态性也显著提升。电气控制系统和计算机控制系统可以随时进行参数调整。

（4）运行安全稳定，机械结构简单，工作效率高。机械机构设计简单，尺寸比传统采煤机设备小，搬运、移动、操作更加灵活[8]。此类电牵引采煤机只需要进行一次电能与机械能的转化，所以转化效率提高，可达99%左右，节能环保，运行稳定。

（四）机电一体化技术在输送机中的应用

在我国煤矿生产作业过程中，带式输送机是重要的输送设备。因此，将机电一体化技术运用到输送机中，提高输送机的性能也是一个重要的研究课题。输送机的电气运行和电气控制系统必需要满足高效性、稳定性、环境适应性、设备的抗干扰性，以及长距离带式输送机的安全性。大同煤矿集团公司煤峪口矿运用的运输机利用CST可控软启动装置，采用机、电、液一体化技术，实现软驱动装置。有效地提高了煤矿的运输效益。也有用永磁调速驱动代替CST技术。目前，我国研制的输送机主要是以PLC为控制核心，采用行星轮减速器和调速型液力耦合器来实现驱动系统[9]。

（五）机电一体化技术在提升机中的运用

当前，机电一体化技术在煤矿井下提升机中应用非常广泛。借助PLC可编程控制器对提升机进行多功能控制，并改善其性能，来确保煤矿井下提升机的安全运行。目前，在煤矿生产作业中，应用最多的是数字化交直流提升机，将滚筒与驱动有效地结合在一起，充分体现了机械——计算机——电工电子——自动化控制有机的结合起来。我国曾自主研发是以ASCS为核心部分，由CPU为控制系统的全数字提升机，已在煤矿开采中得到广泛应用。同煤集团煤峪口矿目前主要采用ASCS为核心的全数字提升机。并取得显著的效益。为PLC可编程控制器对提升机控制示意图。

（六）机电一体化技术在监控系统中的应用

在煤矿生产中，作业人员的安全问题是保证煤矿顺利生产的前提。所以机电一体化技术在煤矿安全生产检测的应用也是非常重要的研究方向。由于我国对机电一体化产品研发、运用起步晚，所以在煤矿安全生产监控应用技术不够成熟。但是近年来，我国不断地加快现代化进程步伐，向打造智慧化矿山建设靠拢，主要是以智能化监控煤矿安全生产。

三、机电一体化技术在煤矿未来的发展

（一）微型化

我国自发研制的机电一体化设备，以体积小，操作方便，安全性高，可靠性高等优点在煤矿生产作业中广泛运用。不但提高了煤矿企业的生产效率，生产能力，而且也创造了巨大的经济效益和社会效益。但是我国机电一体化技术还是发展不完善，对机电一体化设备的研究依然是刻不容缓。其未来的发展趋势是：精细化，微型化。微电子技术如今发展迅速，开发有自主知识产权的配套型核心技术，尤为重要。[10]

（二）模块化

模块化可以提高产品的通用性，提高产品的可维修性和可扩展性等。煤矿井下生产作业，由于各种因素影响，煤矿井下设备复杂度高，所以提高煤矿机电一体化的模块化，对设备的维修，管理，以及互换型具有重要意义，可以有效地提高作业效率等。

（三）绿色化

由于煤矿生产对环境造成不同程度的破坏与污染，那么研究绿色化机电一体化设备具有了重要意义。通过机电一体化技术提高了，煤矿生产作业的智慧化程度，降低机械化原材料的消耗，不断减少对环境污染破坏，也为可持续发展提供了保障。

（四）智慧化

智慧化是一个知识处理系统。实现人工智慧技术在煤矿生产作业中的运用。加大对工业机器人的研发，以及煤矿井下机器人的研发，具有里程碑的意义。

四、煤矿机电一体化技术的运用策略

煤炭资源无论在什么时代都是非常重要的能源。进行科学的煤矿生产就显得尤为重要。为了使机电一体化技术在煤矿生产中科学的运用，就需要按照煤矿机电一体化技术运用策略来完成。

（一）建立和完善管理体系

机电一体化技術在煤矿中运用，管理体系是必不可少的内容。在很多方面都会产生很大影响。在日本、德国、美国等企业管理体系发展的比较成熟。我国很多煤矿企业对管理体系不注意，对于很多安全隐患不发现，不分析。对于煤矿的长久发展产生了很大的阻碍。煤矿机电一体化设备是煤矿向绿色化、智慧化发展的基础。对于机电一体化技术在煤矿中的应用，必须要建立完善的管理体系，才能更好地促进煤矿发展长治久安。

（二）提高作业人员的素质

为了在未来煤矿企业可以更加科学的快速的发展，对于煤矿作业人员的素质培养也应该不断地提升，同煤集团建立了完善的“1311”人才战略，以及建立了人才储备库等一系统战略措施。有效提高同煤集团的人员素质。坚持加大对煤矿作业人员对机电一体化技术等高效技术做出科学高效的培训是具有重要意义。

（三）加大机电标准化的管理

目前机电一体化技术在煤矿中已经进行了科学的应用，取得了非常好的效果。在同煤集团公司运用了大量的高效性智慧化机器人作业，极大的提高了无人化矿山的建设，促进了机电一体化技术的发展。在未来的工作中加大对煤矿机电一体化设备的标准化管理。依照正确的规范、规程以及国家政策，进行管理操作，研究应用。

五、结束语

机电一体化技术在煤矿生产作业中的运用，保障了劳动安全，减轻了劳动强度，改善了煤矿的生产方式，提高了工作效率，提高了企业的效益。推动了煤矿企业的平稳可持续发展，加强了我国绿色矿山、智慧矿山的建设，实现了对传统煤炭生产的转型改革。

参考文献

[1]徐燕军.浅议掘进机机电一体化在煤矿发展中的作用[J].中国科技博览，2014（15）.

[2]李荣昌.机电一体化技术在煤矿机械中的应用研究[J].煤炭技术，2013（8）：34–35.

[3]刘海涛.浅析煤矿机电一体化技术的应用[J].中国科技博览，2015（33）：364–365.

[4]王龙.机电一体化技术在煤矿机械中的应用[J].机械管理开发，2017（4）：158–159.

[5]许彦鹏.机电一体化在煤矿中的应用分析[J].中国科技博览，2015（7）：273–274.

[6]罗春辉.浅谈机电一体化在煤矿机械中的应用[J].煤炭技术，2013（23）：46–47.

[7]李爱芝.机电一体化在煤矿中的应用分析[J].企业导报，2011（8）：45.

[8]赵鹏举.机电一体化技术在煤炭生产过程中的分析[J].山东工业技术，2018（20）：78.

[9]梁朋朋.煤炭机电一体化技术探讨[J].机电管理开发，2017（02）：150–152.

[10]莫斌.机电一体化技术在煤矿机械中的应用分析，2018（14）：113.