佟文旗

摘要：通過對煤礦部分常用先進(jìn)機(jī)電技術(shù)介紹，探討其發(fā)展趨向。

關(guān)鍵詞：大功率機(jī)電一體計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

0引言

煤礦采煤技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了手工、炮采、機(jī)械化等幾個階段，生產(chǎn)能力相應(yīng)的得到不斷提高，礦井年產(chǎn)量從幾萬噸發(fā)展到幾百萬噸。當(dāng)前一些先進(jìn)的煤礦企業(yè)、礦井甚至一個采煤工作面的生產(chǎn)能力就能達(dá)到500～1000萬t／s，例如同煤集團(tuán)塔山煤礦年生產(chǎn)能力達(dá)到了1500萬噸。生產(chǎn)能力的提高，與之相適應(yīng)的配套機(jī)械設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，就采掘工作面的裝備而言，美國、德國、澳大利亞等國電牽引采煤機(jī)的使用已達(dá)到1D0％，單臺裝機(jī)功率達(dá)1530kw，截割牽引速度為10～15m／min，最大牽引速度達(dá)到45.9m／min，產(chǎn)量達(dá)到40～75t／min：工作面刮板輸送機(jī)的功率達(dá)到1600kw，長度400m，輸送機(jī)槽鋼板厚度達(dá)到60～70mm；帶式輸送機(jī)的最大運(yùn)輸能力已達(dá)3500t／h，功率1400kw，帶寬1.5～1.6m，帶速3.5～4.7m／s，最大水平運(yùn)距2000m(多點(diǎn)驅(qū)動)；部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)的最大重量達(dá)120t，截割頭功率達(dá)500kw，可切割抗壓強(qiáng)度超過100mpa的巖石，最大掘進(jìn)斷面70m²。這些先進(jìn)機(jī)械裝備的使用，不僅提高了生產(chǎn)能力，而且使煤礦勞動生產(chǎn)率得以大幅度提高。

1先進(jìn)的機(jī)械裝備及電力電子技術(shù)

設(shè)備的大型化、大功率化，對電力技術(shù)也提出了新的更高要求。近年來隨著半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)的發(fā)展，電力電子技術(shù)也得到迅猛發(fā)展，并發(fā)生了質(zhì)的飛躍。它已由50年代的SCR、80年代的GTR、MOSFET發(fā)展到現(xiàn)在的第三代電力電子器件IGBT、SIT。第三代電力電子器件還將高電壓、大電流的功率器與控制電路集成在一起，形成智能功率控制集成模塊。目前最先進(jìn)的為同步機(jī)內(nèi)裝式交流變頻提升機(jī)，其主回路和磁場回路均采用電力電子器件，實(shí)現(xiàn)變頻和整流，由于采用交流電機(jī)，沒有電刷問題，提升機(jī)容量可以大幅度增加。電力電子技術(shù)在控制采煤機(jī)牽引速度上也得到應(yīng)用，主要是交流變頻調(diào)速和滑差調(diào)速。此外，電力電子技術(shù)還應(yīng)用與帶式輸送機(jī)的調(diào)速或軟啟動控制、風(fēng)機(jī)調(diào)速和水泵調(diào)速，除了可以提高調(diào)速性能外，更主要可以節(jié)省能源。以電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)的開關(guān)磁阻電機(jī)因其啟動力矩大、啟動電流小、可以頻繁重載啟動的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于礦井輸送機(jī)、電牽引采煤機(jī)及中小型絞車等。

2機(jī)電一體化

機(jī)電一體化技術(shù)是機(jī)械、計(jì)算機(jī)、自動化控制技術(shù)的綜合應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)、軟件技術(shù)、傳感器技術(shù)和自動化控制技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化產(chǎn)品在性能和功能方面實(shí)現(xiàn)了飛躍，并在煤礦中得到廣泛應(yīng)用。英國、日本、美國和中國生產(chǎn)的部分電牽引采煤機(jī)，裝備了以計(jì)算機(jī)為核心的控制和工況監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，對采煤機(jī)的運(yùn)行工況及參數(shù)進(jìn)行采集、處理、顯示、存儲和傳輸，提供操作指導(dǎo)或控制采煤機(jī)做出相應(yīng)的處理，對電機(jī)、軸承等部件進(jìn)行故障自動診斷。計(jì)算機(jī)技術(shù)與液壓控制有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了液壓支架定壓雙向鄰架或成組自動移架，避免對頂板和支架產(chǎn)生沖擊載荷。此外，引進(jìn)的工作面供電設(shè)備采用了微機(jī)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)故障查詢、閉鎖、先導(dǎo)保護(hù)和控制功能，也是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。煤礦運(yùn)輸設(shè)備的機(jī)電一體化進(jìn)程也十分迅速，近幾年來，引進(jìn)的電液控制軟啟動在帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用達(dá)到很高水平，它利用計(jì)算機(jī)與液壓技術(shù)相結(jié)合，不僅具有良好的啟動、停車、調(diào)速和功率平衡等功能，而且能監(jiān)測設(shè)備各部分的工況，對不正常狀態(tài)進(jìn)行保護(hù)，顯示故障類型。礦井提升機(jī)是煤礦實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化水平最高的大型設(shè)備，全數(shù)字化交、直流提升機(jī)，尤其是內(nèi)裝式提升機(jī)從結(jié)構(gòu)上將滾筒和驅(qū)動和為一個整體，機(jī)械結(jié)構(gòu)大大簡化。我國研制成功的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的全數(shù)字化直流提升機(jī)，其核心部分ASCS是由雙CPU構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以其性能先進(jìn)、操作簡便、準(zhǔn)確可靠成為煤礦提升機(jī)的首選機(jī)型。

3計(jì)算機(jī)控制與網(wǎng)絡(luò)

隨著煤礦現(xiàn)代化進(jìn)程的加快和安全技術(shù)的高速發(fā)展，井下各種監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)逐漸增多，如果這些監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)處于相互獨(dú)立的狀態(tài)，各種系統(tǒng)自成體系，各自為政，信息不能互通，勢必造成通信線路重復(fù)投資，重復(fù)建設(shè)，系統(tǒng)維護(hù)量增大，整體可靠性差，維修、維護(hù)困難，信息不能綜合利用等缺陷。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在煤礦的廣泛應(yīng)用很好地解決了這些問題。現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)控制和網(wǎng)絡(luò)可以覆蓋到煤礦井下現(xiàn)場、覆蓋到單臺設(shè)備、單個數(shù)據(jù)測量點(diǎn)，在地面的任一臺聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)經(jīng)授權(quán)均能直接查閱有關(guān)信息，或向并下發(fā)送有關(guān)信息，各級管理者可以在車間、區(qū)隊(duì)、礦井、企業(yè)乃至世界各地實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度、控制和管理。這些網(wǎng)絡(luò)、控制系統(tǒng)都改變著傳統(tǒng)煤炭行業(yè)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，給現(xiàn)代化礦井的優(yōu)化調(diào)度、科學(xué)管理等帶來革命性變化。

4發(fā)展趨向

煤礦機(jī)電技術(shù)及裝備的主要發(fā)展趨向應(yīng)當(dāng)是：跟蹤產(chǎn)業(yè)科技前沿，開發(fā)有自主知識產(chǎn)權(quán)的以煤礦開采技術(shù)及配套裝備為主導(dǎo)的核心技術(shù)，以其高適應(yīng)性、大型化、大功率化、遙控和自動化占領(lǐng)技術(shù)制高點(diǎn)；開發(fā)以微處理器和微機(jī)為基礎(chǔ)的礦井設(shè)備工況和健康監(jiān)測以及微處理器、計(jì)算機(jī)和專家系統(tǒng)的應(yīng)用等，將逐步成為現(xiàn)代化煤礦機(jī)電技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志。