煤礦采煤機械自動化與電氣化技術的融合應用

摘要：隨著全球能源需求的不斷增長，煤炭作為重要的能源資源仍然在世界范圍內占有重要地位。然而，煤礦采煤作業(yè)面臨著生產效率、安全性和環(huán)境保護等多重挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的煤礦開采方式往往依賴人工操作和較為簡單的機械系統(tǒng)，存在較大的安全隱患和較高的能耗。因此，本文將探討煤礦采煤機械中自動化與電氣化技術的融合應用，以期為煤礦行業(yè)的技術升級和可持續(xù)發(fā)展提供新的思路和技術支持。

關鍵詞：煤礦采煤機械；自動化技術；電氣化技術；技術融合

煤炭資源依然是全球能源供應的重要組成部分，特別是在一些依賴煤炭的地區(qū)，煤礦開采仍是主要的能源獲取方式。然而，煤礦作業(yè)長期以來面臨高危、低效、環(huán)境污染等問題，這些問題不僅制約了煤礦行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，也對礦工的生命安全構成了威脅。近年來，隨著科技的進步，自動化和電氣化技術逐漸應用于煤礦采煤機械中，成為解決這些問題的關鍵技術。自動化技術通過精準的控制和實時監(jiān)測提升了采煤作業(yè)的效率和安全性，而電氣化技術則通過優(yōu)化能源使用和降低排放，助力礦井可持續(xù)發(fā)展。自動化與電氣化技術的融合不僅能夠提升煤礦的生產效率和安全性，還有助于實現綠色采煤目標[1]。本文將對這兩種技術的融合應用進行深入分析，探討其在實際煤礦作業(yè)中的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)，旨在為煤礦機械化、智能化發(fā)展提供理論支持與實踐指導。

一、自動化與電氣化技術融合的必要性

（一）提高效率與安全性

自動化與電氣化技術的融合徹底革新了傳統(tǒng)采煤作業(yè)的運作模式。智能控制系統(tǒng)通過實時感知煤層結構和地質條件，自主調整采煤機的運行參數，在復雜煤層中實現精準切割，既減少設備空轉時間，又避免因人工判斷失誤導致的機械故障。安全性的提升體現在多重防護機制上：電氣化設備內置的傳感器網絡持續(xù)監(jiān)測作業(yè)環(huán)境，一旦檢測到瓦斯?jié)舛犬惓；驕囟润E升，立即觸發(fā)應急保護程序，自動切斷電源并啟動通風系統(tǒng)，將事故風險降至最低[2]。遠程操控技術的應用使礦工無需深入危險區(qū)域，通過地面控制中心的虛擬界面即可完成設備操作，既保障人員安全，又確保開采過程的高效連續(xù)性。這種技術融合不僅優(yōu)化了作業(yè)流程，更構建起覆蓋全作業(yè)面的智能安全防護網。

（二）降低能源消耗與環(huán)境污染

電氣化技術的應用從根本上改變了采煤機械的能源結構。電力驅動系統(tǒng)替代傳統(tǒng)柴油動力，徹底消除尾氣排放污染源，大幅改善礦井空氣質量。自動化技術的能源管理功能進一步優(yōu)化能耗：智能調節(jié)模塊根據設備負載動態(tài)調整電機輸出功率，避免能源浪費；輸送系統(tǒng)通過實時監(jiān)測物料流量自動匹配運行速度，顯著降低無效功耗。在水處理環(huán)節(jié)，自動化控制系統(tǒng)精確控制化學藥劑投加量，既保證污水處理效果，又避免過量化學品對周邊土壤的二次污染。這種清潔化轉型不僅降低煤礦生產的環(huán)境負擔，更為礦區(qū)生態(tài)恢復創(chuàng)造有利條件，例如電動灑水車與智能監(jiān)測系統(tǒng)配合，實現礦區(qū)植被養(yǎng)護的精準化作業(yè)。

（三）技術融合對礦井可持續(xù)發(fā)展的推動作用

技術融合為煤礦行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展注入新動力。智能維護系統(tǒng)通過分析設備運行數據，提前預判零部件損耗周期，延長關鍵設備使用壽命，減少資源浪費。虛擬礦井模型的構建，可模擬不同開采方案對地質結構的影響，指導制定更科學的資源開發(fā)策略，在提升開采效率的同時保護地下水資源。技術升級還推動產業(yè)人才結構轉型，培養(yǎng)既懂機械操作又掌握智能系統(tǒng)維護的復合型技術工人，為行業(yè)升級儲備核心力量[3]。這種變革不僅優(yōu)化當前生產體系，更帶動區(qū)域經濟生態(tài)轉型——圍繞智能化煤礦衍生的技術服務、設備研發(fā)等新興產業(yè)，正形成良性發(fā)展的產業(yè)集群，為資源枯竭礦區(qū)的轉型提供新方向。

二、自動化與電氣化技術在煤礦采煤機械中的應用

（一）自動化技術在煤礦采煤機械中的優(yōu)勢

自動化技術的核心價值在于賦予采煤機械智能決策能力。智能控制系統(tǒng)通過集成多種傳感器實時捕捉煤層厚度、巖石硬度等地質信息，自主調整截割滾筒的轉速與進刀深度，在復雜地質條件下實現精準開采。例如當遇到斷層帶時，系統(tǒng)能自動切換為小功率模式避免設備過載，同時調整支撐架壓力分布防止頂板塌落。這種自適應能力大幅降低人為操作失誤風險，在山西某礦的實際應用中，自動化采煤機成功穿越多個不穩(wěn)定煤層結構而未發(fā)生卡鉆事故。遠程監(jiān)控功能突破空間限制，地面控制中心通過三維可視化界面實時掌握設備運行狀態(tài)，操作員只需關注異常報警提示即可完成全工作面管理。自動化技術還實現設備健康管理智能化，通過分析電機振動頻譜與液壓系統(tǒng)壓力曲線，提前預判軸承磨損或密封失效風險，將事后維修轉變?yōu)轭A防性維護。

（二）電氣化技術在煤礦采煤機械中的優(yōu)勢

電氣化技術通過清潔能源替代重塑采煤機械的動力體系。電力驅動系統(tǒng)從根本上消除柴油發(fā)動機的尾氣排放，井下作業(yè)環(huán)境的空氣質量得到本質改善。電動采煤機的動力輸出特性更適應復雜工況，在低轉速區(qū)間仍能保持穩(wěn)定扭矩輸出，避免傳統(tǒng)液壓傳動系統(tǒng)在重載時的功率驟降現象。模塊化設計提升維護便捷性，例如某型電動截割部的電機單元采用快拆結構，可在兩小時內完成現場更換，較柴油動力系統(tǒng)維修時間縮短。電力系統(tǒng)的精準控制特性還優(yōu)化設備運行經濟性，能量回收裝置將設備制動時的動能轉化為電能儲存，為輔助系統(tǒng)提供額外能源。在長壁工作面應用中，電動刮板輸送機通過變頻調速實現運煤量動態(tài)匹配，較傳統(tǒng)機械傳動系統(tǒng)減少空載損耗。電氣化轉型還降低設備振動與噪音，延長機械部件使用壽命的同時改善礦工勞動環(huán)境。

三、自動化與電氣化技術的融合應用

（一）自動化與電氣化設備的聯合運行模式

自動化控制系統(tǒng)與電氣化設備的深度協(xié)同構建起高效作業(yè)體系。在長壁工作面，智能配電中樞根據采煤機、刮板機的實時負載動態(tài)分配電能，當截割滾筒遇到硬巖層時，系統(tǒng)自動提升電機功率輸出，同時降低相鄰運輸設備的能耗以平衡總負荷。這種能源調度類似智能電網的削峰填谷策略，既避免電路過載又提升整體能效。設備間的數據互通實現精準協(xié)同——當采煤機推進速度加快時，液壓支架控制系統(tǒng)提前調整支護位置，輸送機同步提升運載速度，形成連貫的“切割—支護—運輸”作業(yè)鏈。在陜西某煤礦的實際運行中，這種協(xié)同模式使工作面設備空轉時間減少，同時降低因設備動作不同步導致的卡鏈、堆煤等故障率。

（二）融合技術在不同作業(yè)環(huán)境中的適應性

技術融合賦予采煤機械應對復雜工況的彈性調節(jié)能力。在高瓦斯礦井中，電氣化設備搭載的防爆電機與自動化監(jiān)控系統(tǒng)形成雙重保障，當瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測模塊發(fā)出預警時，系統(tǒng)立即切斷非必要設備電源，同時啟動備用通風設備，整個過程無需人工介入。對于傾角變化大的煤層，自動化控制系統(tǒng)結合慣性導航數據，動態(tài)調整采煤機重心分布與牽引速度，配合電動驅動系統(tǒng)的精準扭矩輸出，確保設備在傾斜作業(yè)面的穩(wěn)定運行。在薄煤層開采場景中，模塊化設計的電動截割部可快速更換緊湊型切割單元，自動化程序同步調整開采參數，使設備在高度受限空間仍保持高效作業(yè)。這種適應性通過山西某礦的實踐驗證，該礦在兩年內完成從厚煤層到復雜煤層的開采轉型，核心設備無需整體更換，僅通過軟件升級與組件調適即滿足新工況需求。

（三）遠程監(jiān)控與智能化調度

中央控制中心的虛擬化界面重構了煤礦生產管理模式。通過5G網絡傳輸的實時數據流，操作人員可在三維數字孿生模型中直觀查看設備運行狀態(tài)，電子圍欄功能自動標注危險區(qū)域，當采煤機接近地質異常帶時，系統(tǒng)提前規(guī)劃避讓路徑并推送操作建議。智能調度算法的應用優(yōu)化生產節(jié)奏，基于歷史數據與實時煤質分析，自動編排不同工作面的設備啟停順序，確保洗選、運輸環(huán)節(jié)的無縫銜接。在設備維護領域，振動傳感器與電流監(jiān)測模塊構成的健康評估系統(tǒng)，能識別電機軸承的早期磨損特征，自動生成維護工單并調配檢修資源。某煤礦應用此系統(tǒng)后，突發(fā)故障停機時間減少，備件庫存周轉率提升，展現出智能化調度對生產穩(wěn)定性的保障價值。這種管控模式正在推動煤礦管理從“人盯設備”向“系統(tǒng)自治”的跨越式轉型。

四、結語

自動化與電氣化技術的深度融合，標志著煤礦采煤作業(yè)邁入智能化、綠色化新階段。本文表明，技術融合不僅解決了傳統(tǒng)采煤模式下的效率瓶頸與安全隱患，更通過能源結構優(yōu)化與智能管控重構了煤礦生產的底層邏輯。自動化系統(tǒng)的精準控制能力與電氣設備的清潔動力特性協(xié)同作用，使采煤機械在復雜地質條件下仍能穩(wěn)定運行，同時將能耗與污染控制推向新水平。遠程監(jiān)控與智能調度技術的突破，推動煤礦管理從“人海戰(zhàn)術”向“數字孿生”模式轉型，為資源開發(fā)與生態(tài)保護的平衡提供了技術支點。

文章來源：《產品可靠性報告》http://www.12-baidu.cn/w/kj/32519.html