煤矿机械智能化的设计与分析

摘要：针对当前煤矿机械工程发展过程中存在的开采效率低，影响煤炭行业经济效益的问题，开展煤矿机械智能化的设计与研究分析。通过对煤矿机械智能挖掘设计、智能运输设计以及生产安全监控设计，实现煤矿机械的智能化生产。通过对比实验证明，智能化煤矿机械在开采时可有效提高煤矿开采量，并与传统煤矿机械相比经济效益得到大幅度提升，为煤矿机械在当前生产环境中的有效利用提供帮助。

关键词：煤矿；机械设备；智能化；开采效率

煤炭行业是当前国民经济发展的主要动力源，其发展水平直接影响整个国家经济的发展速度。当前煤炭行业的发展较为成熟，且规模逐渐扩大，但在发展过程中也存在煤矿机械设备结构复杂无法适应当前煤炭生产环境，造成设备利用率及生产率降低；科技水平低，数字化智能程度较差，使得人力、物力资源浪费严重，且在生产过程中更容易出现操作失误；设备材料可选种类较少，煤矿机械设备主要使用钢铁材料，但当前钢铁材料低端钢材生产量多，高端钢材生产量低，使得煤矿机械设备质量差；使用寿命较短，低质量煤矿机械设备在煤炭生产过程中更加无法适应开采环境，受到环境、气候等因素影响，使得煤矿机械常常出现故障等问题。煤矿机械是煤炭开采和挖掘过程中主要使用的机械设备，因此针对煤矿机械存在的问题若不进行及时改进，将会影响煤炭行业的可持续发展。对此，本文开展对煤矿机械智能化的设计与研究分析。

一、煤矿机械智能化设计

(一)煤矿机械智能挖掘设计。针对煤矿机械中用于挖掘的部分进行智能化设计，本文采用在机械设备中添加电牵引驱动装置的方式，提高煤矿机械设备的智能挖掘效果。在煤矿机械设备挖掘过程中，依托计算机技术，采用传感器故障诊断识别装置，对发生的故障问题进行精准诊断。图1为基于电牵引驱动装置的煤矿机械智能挖掘设备组成。图1基于电牵引驱动装置煤矿机械智能挖掘设备组成本文将挖掘设备的电牵引驱动装置设置为以垂直齿轮传动的形式完成挖掘动作，将牵引电机的输出轴的转矩，通过转动齿轮当中的多个连杆销传动至对应的连杆空心轴上，再通过煤矿机械主车轮的多个连杆销传动到对应的车轮对上。具体电机转矩传递的路线为：煤矿机械主动齿轮—从动齿轮—连杆销—连杆—连杆销—橡胶关节——传动盘—连杆销—连杆—主动齿轮—车轮。同时，当高速运行的煤矿机械速度达到150km/h~220km/h时，为了降低转向架框架自身的质量，提高转向架蛇形稳定性，可通过将牵引电动机转移到煤矿机械本身的车体上，使其形成煤矿机械的电机悬挂装置。基于电牵引驱动装置煤矿机械智能挖掘设备还采用遥控和远程控制技术，通过操控遥感手柄实现煤炭开采人员的远程操作和驾驶机械设备。将单片机作为远程控制的核心部分，通过全球移动通信系统将接收到的挖掘命令信息，结合外部终端检测数据信息进行传输。再将当前被控制的煤矿机械挖掘设备的运行状态实时发挥到网络控制中心，通过发光二极管实现对挖掘设备的可视化控制。(二)煤矿机械智能运输设计。针对煤矿机械的运输智能化，首先通过集控平台将煤矿机械不同负载情况进行实时计算并将计算出的结果进行汇总，根据煤矿开采区域运输设备的不同组成，设置对应的最优启动方式以及启动顺序，启动方式主要包括顺槽皮带运输启动方式、主井皮带运输启动方式等。通过运输控制装置的各个监测节点，接收由集中控制平台发出的相应设备运行指令，控制变频调速装置，并实现对煤矿机械设备不同皮带机运输的运行方式。其次，由集中控制平台根据不同的生产情况，结合当地煤炭产运销计划方案，优化整个煤矿开采区的矿井产量，以此实现以销定产。最后再根据各个煤矿矿井质量指标的对比结构，自动提醒矿区内部各个矿井的开采人员该矿井最佳煤仓储装比例，并调节整个连采生产任务，并根据不同运输模式在原煤仓中的对应位置入料。同时结合电网峰谷用电情况，给出煤矿机械运输的最佳生产时间，并利用阶梯电压实现错峰用电，以此降低运输成本。(三)生产安全自动监控设计。针对煤炭行业的生产安全监控，本文将Ethernet、TCP/IP等计算机通信技术直接应用于对煤矿机械的控制当中，并在此基础上建立基于EPA的煤矿机械生产安全监控网络。图2为基于EPA的煤矿机械生产安全监控网络平台结构示意图。当煤矿机械运行时传感器的种类和数量逐渐增加，对于煤矿安全生产监控而言应当提出更高的要求，通过信息管理层、过程监控层以及现场设备层共同组成基于EPA的煤矿机械生产安全监控网络结构，可有效实现对现场生产安全的一体化监控，为煤矿机械设备的故障问题提供数据参考。根据煤矿机械的生产环境，在基于EPA的煤矿机械生产安全监控网络中建立针对生产环境及防爆要求的工业网络平台，对各个控制区域内进行实时通信，实现对安全生产的无扰动切换监控控制。一旦煤矿开采过程中设备出现故障或事故停产时，由煤矿机械生产安全监控网络中心平台及时根据具体生产情况及作业计划，动态调整整个矿井的安全生产工作，实现煤矿开采的均衡生产。

二、实验论证研究分析

选择某煤矿开采区域作为实验对象，分别利用本文智能化设计后的煤矿机械与传统煤矿机械对该区域进行开采。该区域工作面标高为-105.7~-156.4m，倾斜长度为78m，推采长度为1024m，煤层厚度约为1.34~2.48m，煤层倾斜角度为8°~17°。设置本文智能化设计后的煤矿机械为实验组，未经过改造的传统煤矿机械为对照组，比较两组对该区域煤矿开采情况，并将开采结果进行记录，绘制成如表1所示的实验结果对比表。表1中实验组与对照组创造经济效益是按照平均每万吨煤矿200万元价格计算得出，由表1中的数据可以看出，实验组在三个月的平均开采量明显高于对照组，而创造的经济效益也远远大于对照组。因此，通过对比实验证明，通过本文智能化设计后的煤矿机械设备可有效提高开采效率，充分满足煤炭行业的开采要求，且整个开采过程中安全性更高，可保证煤矿工作的安全生产。

三、结束语

煤矿企业当前依然是我国国之重业，煤矿资源的开采和利用对经济建设影响较大。在开采作业中选择合理的煤矿机械设备不仅可以有效保证开采工作的顺利进行，同时还可以确保开采人员的人身安全。通过本文智能化设计后的煤矿机械提高了煤矿采掘效益，并降低了大量的开采成本，为煤炭行业的经济效益起到良好的促进作用。

参考文献：

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作者:丁国瑞 单位:贵州省煤矿设计研究院有限公司