煤礦機械智能化的設計與分析

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摘要：針對當前煤礦機械工程發展過程中存在的開采效率低，影響煤炭行業經濟效益的問題，開展煤礦機械智能化的設計與研究分析。通過對煤礦機械智能挖掘設計、智能運輸設計以及生產安全監控設計，實現煤礦機械的智能化生產。通過對比實驗證明，智能化煤礦機械在開采時可有效提高煤礦開采量，并與傳統煤礦機械相比經濟效益得到大幅度提升，為煤礦機械在當前生產環境中的有效利用提供幫助。

關鍵詞：煤礦；機械設備；智能化；開采效率

煤炭行業是當前國民經濟發展的主要動力源，其發展水平直接影響整個國家經濟的發展速度。當前煤炭行業的發展較為成熟，且規模逐漸擴大，但在發展過程中也存在煤礦機械設備結構復雜無法適應當前煤炭生產環境，造成設備利用率及生產率降低；科技水平低，數字化智能程度較差，使得人力、物力資源浪費嚴重，且在生產過程中更容易出現操作失誤；設備材料可選種類較少，煤礦機械設備主要使用鋼鐵材料，但當前鋼鐵材料低端鋼材生產量多，高端鋼材生產量低，使得煤礦機械設備質量差；使用壽命較短，低質量煤礦機械設備在煤炭生產過程中更加無法適應開采環境，受到環境、氣候等因素影響，使得煤礦機械常常出現故障等問題。煤礦機械是煤炭開采和挖掘過程中主要使用的機械設備，因此針對煤礦機械存在的問題若不進行及時改進，將會影響煤炭行業的可持續發展。對此，本文開展對煤礦機械智能化的設計與研究分析。

一、煤礦機械智能化設計

(一)煤礦機械智能挖掘設計。針對煤礦機械中用于挖掘的部分進行智能化設計，本文采用在機械設備中添加電牽引驅動裝置的方式，提高煤礦機械設備的智能挖掘效果。在煤礦機械設備挖掘過程中，依托計算機技術，采用傳感器故障診斷識別裝置，對發生的故障問題進行精準診斷。圖1為基于電牽引驅動裝置的煤礦機械智能挖掘設備組成。圖1基于電牽引驅動裝置煤礦機械智能挖掘設備組成本文將挖掘設備的電牽引驅動裝置設置為以垂直齒輪傳動的形式完成挖掘動作，將牽引電機的輸出軸的轉矩，通過轉動齒輪當中的多個連桿銷傳動至對應的連桿空心軸上，再通過煤礦機械主車輪的多個連桿銷傳動到對應的車輪對上。具體電機轉矩傳遞的路線為：煤礦機械主動齒輪—從動齒輪—連桿銷—連桿—連桿銷—橡膠關節——傳動盤—連桿銷—連桿—主動齒輪—車輪。同時，當高速運行的煤礦機械速度達到150km/h~220km/h時，為了降低轉向架框架自身的質量，提高轉向架蛇形穩定性，可通過將牽引電動機轉移到煤礦機械本身的車體上，使其形成煤礦機械的電機懸掛裝置。基于電牽引驅動裝置煤礦機械智能挖掘設備還采用遙控和遠程控制技術，通過操控遙感手柄實現煤炭開采人員的遠程操作和駕駛機械設備。將單片機作為遠程控制的核心部分，通過全球移動通信系統將接收到的挖掘命令信息，結合外部終端檢測數據信息進行傳輸。再將當前被控制的煤礦機械挖掘設備的運行狀態實時發揮到網絡控制中心，通過發光二極管實現對挖掘設備的可視化控制。(二)煤礦機械智能運輸設計。針對煤礦機械的運輸智能化，首先通過集控平臺將煤礦機械不同負載情況進行實時計算并將計算出的結果進行匯總，根據煤礦開采區域運輸設備的不同組成，設置對應的最優啟動方式以及啟動順序，啟動方式主要包括順槽皮帶運輸啟動方式、主井皮帶運輸啟動方式等。通過運輸控制裝置的各個監測節點，接收由集中控制平臺發出的相應設備運行指令，控制變頻調速裝置，并實現對煤礦機械設備不同皮帶機運輸的運行方式。其次，由集中控制平臺根據不同的生產情況，結合當地煤炭產運銷計劃方案，優化整個煤礦開采區的礦井產量，以此實現以銷定產。最后再根據各個煤礦礦井質量指標的對比結構，自動提醒礦區內部各個礦井的開采人員該礦井最佳煤倉儲裝比例，并調節整個連采生產任務，并根據不同運輸模式在原煤倉中的對應位置入料。同時結合電網峰谷用電情況，給出煤礦機械運輸的最佳生產時間，并利用階梯電壓實現錯峰用電，以此降低運輸成本。(三)生產安全自動監控設計。針對煤炭行業的生產安全監控，本文將Ethernet、TCP/IP等計算機通信技術直接應用于對煤礦機械的控制當中，并在此基礎上建立基于EPA的煤礦機械生產安全監控網絡。圖2為基于EPA的煤礦機械生產安全監控網絡平臺結構示意圖。當煤礦機械運行時傳感器的種類和數量逐漸增加，對于煤礦安全生產監控而言應當提出更高的要求，通過信息管理層、過程監控層以及現場設備層共同組成基于EPA的煤礦機械生產安全監控網絡結構，可有效實現對現場生產安全的一體化監控，為煤礦機械設備的故障問題提供數據參考。根據煤礦機械的生產環境，在基于EPA的煤礦機械生產安全監控網絡中建立針對生產環境及防爆要求的工業網絡平臺，對各個控制區域內進行實時通信，實現對安全生產的無擾動切換監控控制。一旦煤礦開采過程中設備出現故障或事故停產時，由煤礦機械生產安全監控網絡中心平臺及時根據具體生產情況及作業計劃，動態調整整個礦井的安全生產工作，實現煤礦開采的均衡生產。

二、實驗論證研究分析

選擇某煤礦開采區域作為實驗對象，分別利用本文智能化設計后的煤礦機械與傳統煤礦機械對該區域進行開采。該區域工作面標高為-105.7~-156.4m，傾斜長度為78m，推采長度為1024m，煤層厚度約為1.34~2.48m，煤層傾斜角度為8°~17°。設置本文智能化設計后的煤礦機械為實驗組，未經過改造的傳統煤礦機械為對照組，比較兩組對該區域煤礦開采情況，并將開采結果進行記錄，繪制成如表1所示的實驗結果對比表。表1中實驗組與對照組創造經濟效益是按照平均每萬噸煤礦200萬元價格計算得出，由表1中的數據可以看出，實驗組在三個月的平均開采量明顯高于對照組，而創造的經濟效益也遠遠大于對照組。因此，通過對比實驗證明，通過本文智能化設計后的煤礦機械設備可有效提高開采效率，充分滿足煤炭行業的開采要求，且整個開采過程中安全性更高，可保證煤礦工作的安全生產。

三、結束語

煤礦企業當前依然是我國國之重業，煤礦資源的開采和利用對經濟建設影響較大。在開采作業中選擇合理的煤礦機械設備不僅可以有效保證開采工作的順利進行，同時還可以確保開采人員的人身安全。通過本文智能化設計后的煤礦機械提高了煤礦采掘效益，并降低了大量的開采成本，為煤炭行業的經濟效益起到良好的促進作用。

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作者:丁國瑞 單位:貴州省煤礦設計研究院有限公司