煤矿采掘机械设计

王雪

摘要：煤炭资源可向工业化生产提供足够的物资原料。机械工业研制出了多种采煤机械设备，为现场采煤提供了工具方面的保障。面对越来越多的采掘机械，必须拟定自动化控制方案，才能以最少的人力投入采煤作业。基于信息科技时代下，将机械自动化与信息自动化相互融合，共同创造了现代化煤矿采掘系统，带动了矿区采煤量的提升。科技改革为煤矿开采提供了先进的技术指导，现有采掘机械科学组合应用是提高煤矿生产效率的保障。分析了矿井采掘机械的设计要点，对其现场施工应用提出了相关建议。

关键词：机械设备；设计；应用管理

1煤矿采掘机械设计趋势

1.1一体化

科技为采矿生产提供了保障，且研制出了大量适用于采矿生产的机械设备，方便了煤矿企业制定新型的生产调控方案。采煤设备一体化是自动化的初始要求，关键在于将“人与设备”之间有效地组合起来，建立人机一体化的操控模式。如现实采煤环节中，矿井内的基本操作可由人工处理完成，高难度作业任务则交由机械设备处理，这就协调了矿井设备的采掘流程。

1.2智能化

智能控制系统是对矿井自动化的进一步升级，也是未来高科技采煤操作的发展方向。相比采煤设备一体化操作，智能作业模式更加偏向于人的主体地位，所设计出来的智能模块与人员操作要求相互一致，为工作者提供了更好的采煤环境。如人机工程学理论指导下，矿井设备在采掘过程中可完成自调整、自诊断、自监测等多项任务，无需采煤人员参与控制便能起到更好的采掘效果。

2煤矿采掘机械设计自动化

提升机械是负责矿井至地面之间输送作业的设备，可根据井内采掘需要输送原煤、工具、材料等生产资料。煤矿矿井的深度可达100~1000m不等，与地表面保持着垂直的距离，这给矿井内外提升作业造成了很大的难度。旧式提升操作系统不仅消耗时间较长且设备的承载指标有限，无法满足大重量物料或原煤的输送。采掘系统自动化设计方案中，对提升机、升降机等主要提升设备实施了操作改进，从定位、称重、传输等方面进行自动化改造。

2.1定位

准确定位是提升机械操作的基本内容，地面指挥中心参照矿井内结构布局情况，借助网络通信系统将提升机准确地放置在某个位置，加快了物料输送操作的效率。过去升降机械定位由人工观测来选定位置，无法从宏观上把握矿区的点位情况。利用电子定位仪改装升降机，采矿系统发出指令信号后自动定位提升机的停车位置，在停车区等待原煤物料的装货操作。

2.2称重

提升机械设备在装载货物过程中也执行了自动称重的任务，用以识别设备的承载重量是否超标。微型计算机逐一扫描录入货物的重力数据，并由运算器自动分析处理结果，待确定与提升装置规定荷载范围相互一致时，再执行上升或下降等作业指令。自动称重系统降低了提升机械的承载故障，防止重力载荷超出升降机的承受范围。

2.3输送

自动化设计将原始人工调控输送模块进行优化处理，采用新型升降控制系统辅助设备的上升或下降作业，从多个方面提高了输送系统的功能特点。自动输送体系建立了垂直方向、水平方向等多个角度传输方案，也适用于多道工序的立体式传输流程，矿井内货物快速地传输至原煤加工中心，实现了生产、加工、包装的自动化。

3煤矿采掘机械工作面设计自动化

3.1采煤机

采煤机械是矿井作业的主设备，整台采煤机械的工作性能基本决定了井内的生产效率。一般情况下，设备自动化需保证采煤机牵引控制、功率自动调节的改良设计。主要解决的问题：即采煤机沿工作面的牵引速度随煤层硬度、夹矸程度和截齿磨损情况而自动改变，使电动机输出功率基本恒定，可提高采煤机生产能力并延长其使用寿命。采用牵引速度和切割速度同时调整的控制方式，可使吨煤电耗和落煤块度维持在最佳状态，采煤工作面调控起来也更加便捷。

3.2自移式液压支架

此设备自动化设计是针对检测、控制等模块的调整，选配智能控制器对支架进行调控，保障了设备在相对稳定的状态下完成操作。液压支架工作时会因承载过重而发生各种故障，处理不及时很难保证采煤机的安全性。自动化设计中以检测各组支架位置、支撑状态以及采煤机位置为基础，对液压支架实行远距离集中控制，按照规定的移架程序发送降柱、推移、支撑等指令。如大型矿井开始采用远程控制技术辅助液压系统控制，保证了液压支架的自动化。

3.3水平位置校准

采煤工作面处于水平位置，有助于采煤系统结构的稳定性，防止水平位移偏大而出现采掘线路偏移。本设计对采煤机水平位置和工作面校直控制进行了二次改造，利用传感技术对设备校准定位，即根据煤层厚度变化和底板起伏，自动调整采煤机摇臂的高度，最大限度地采出全高(煤层全部厚度)并避免截齿切割顶板岩层，减少磨损，并降低含矸率。实现水平位置控制需有检测煤-岩界面的传感器。

4矿井采掘机械作业监测的自动化

随着作业机械数量的增加，煤炭企业并没有采取专业的管理维护措施，设备使用调控不当而引起了成本额度的扩大化。以日常检修工作为例，采煤区作业仅注重于设备的操控使用，没有技术人员定期对设备进行维修检测，使机械设备的故障率有所提升，严重影响了采煤作业的安全性与持续性。矿井机械自动化设计应考虑监测功能的应用，所设计的智能监测系统以维持生产的有序性。

4.1综合监测

近年来机械设备在矿井改造施工活动中的应用十分广泛，各种装载机、挖掘机、洗煤机等都是不可缺少的常用设备。对矿井进行总体综合控制，保障了矿区采掘的安全性。不仅涉及各工艺过程，而且包括生产管理的信息处理。从各生产过程采集有关地质参数、环境参数、生产状况等方面的大量信息，通过计算机进行处理分析，及时做出决策，直接向有关生产系统发出控制指令，或向调度人员提供协调各生产环节的必要信息。

4.2遥控监测

遥控技术是对远程控制技术的升级应用，设定遥控系统推进了矿区远程控制作业的发展。矿井生产的复杂条件给自动化实现带来了困难，矿井作业监测系统设计采用新型遥控技术实施宏观调控，为采煤机械工作提供了指导。遥控机器人的出现为解决这个困难提供了新的途径，尤其适用于一些危险场所。采矿工业机器人化有可能促进采矿工业化操作的进程，方便了矿区指挥中心对矿井内外的监测调度工作。

结语

总之，煤炭是国民经济收入的来源之一，也是其他行业工业化生产的常用燃料。新经济改革趋势下，我国煤矿开采量持续增加，企业必须改变传统采煤生产模式，设计综合性的采矿作业系统，以将采掘机械设备与自动化生产相互结合。从本次选定的提升机械、采煤工作面、矿区监测等方面来看，自动化控制系统发挥了良好的操作功能，使矿井内、外部形成了优越的调控体系，显著改善了传统作业模式的不足。

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