机械工程专业学科前沿讲座作业封面题目：关于煤矿机电一体化和液压支架的认识姓名：裴文晓班级：机械13-7学号：03131110中国矿业大学机电工程学院2015 年 12月一．煤矿机电一体化技术应用现状及发展趋势在2014年夏天我有幸来到了鲁能菏泽煤电有限公司彭庄煤矿，并有幸进入了井下实际工作面，进行了一次特殊而又充满意义的体验。

在井下我看到了许多以前只在课本上见过的机电设备与井下构造。

初步了解了一点大型综采设备和开采及其以及监控防护设备。

通过随行叔叔们的讲解使我对这个地下宫殿有了更深一层的认识。

然而前几周肖兴明肖教授讲解的关于煤矿机电设备尤其是大型综采设备以及监控检测仪器的内容让我又获得了很多专业知识。

现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，工程领域的技术改造与革命。

在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入以“机电一体化”为特征的发展阶段。

机电一体化技术就是机械、计算机、信息处理和自动控制技术综合运用的复合技术，是微电子技术向传统机械工程渗透而形成的融合机械工程、电气工程、计算机技术、信息技术等为一体的新兴综合技术。

机电一体化技术顺应了当今科学技术发展的规律，显示了强大的生命力。

由于煤炭生产是将数百、数千万吨煤炭从地层深处采掘、运送到地面，因此需采用大量的机电设备才能实现这一目标，而机电一体化煤矿产品则是实现高产高效的最好选择。

1 机电一体化的基本概念机电一体化是在以机械、电子技术和计算机科学为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科，而机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。

机电一体化技术同时也是工程领域不同种类技术的综合及集合，它是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术基础之上的一种高新技术。

2.我国煤矿机电一体化技术的应用现状我国自造的煤矿机电一体化设备都具有智能化、程序化、信息化的特点,以及设备体积小、操作、维护方便、保护齐全、性能可靠等优点。

从1970年我国自行设计制造和装备的第一套综合机械化采煤工作面在大同矿务局试验起，我国的机电一体化技术开始萌芽。

到上世纪80年代后期，我国综合机械化采煤取得了空前的发展，大大推动了我国的煤矿机电一体化技术的进程，采煤机已由液压牵引向电牵引发展。

到了上个世纪90年代中期，在原有的研究成果上，又开展了采运支机械微机监控、故障诊断的研究和支架电液微机技术应用的研究，并研发了大功率电牵引采煤机。

而进入21世纪后，我国煤矿机电一体化技术的研究和应用领域均有重大突破，在煤矿安全生产监控、大型固定设备的后备保护等方面已取得了喜人的成绩。

然而，与国外的先进采煤国家相比，我国的煤矿机电一体化技术发展尚有一定差距，并且煤炭工业相对机械、电子、航天、轻纺、化工、铁道、冶金等行业起步晚基础薄弱，在开发水平、应用范围、投资规模、技术人才和管理水平方面均有较大差距。

矿井安全生产监控系统是最能体现煤矿机电一体化的技术之一。

我国监测监控技术应用较晚，20世纪80年代初，原国家煤炭部组织了对国外煤矿监控技术进行大规模的考察和引进工作，此举大大促进了国内监控技术的发展。

先后从波兰、法国、德国、英国和美国等引进了一批安全监控系统(如DAN6400、TF200、MINOS和Senturion-200)，在部分煤矿中应用；在引进的同时，通过消化、吸收并结合我国煤矿的实际情况，研制出KJ2，KJ4等系统并通过了鉴定。

20世纪90年代以来，紧跟世界监测监控系统的发展潮流，我国自行研制开发出了一批具有世界先进水平的监控系统，如煤炭科学研究总院重庆分院的KJ90系统、煤炭科学研究总院常州自动化研究所的KJ95系统等，它们的主要特点是:测控分站的智能化水平进一步提高；具有网络连接功能；系统软件采用了Windows操作系统。

同时，在“以风定产，先抽后采，监测监控”12字方针和煤矿安全规程有关条款指导下，规定了我国各大、中、小煤矿的高瓦斯或瓦斯突出矿井必须装备矿井监测监控系统。

自此，大大小小的系统生产厂家如雨后春笋般的不断出现，不仅为各煤矿提供了更多的选择机会，且促进了各厂家在市场竞争条件下不断提高产品质量和服务意识。

经过多年的实践表明，安全监测监控系统为煤矿安全生产和管理起到了十分重要的作用。

对我国现有煤矿监测监控系统及配套传感器等设备的现场应用效果进行综合评价，煤炭科学研究总院重庆分院的KJ90、天地科技股份公司常州自动化分公司的KJ95、煤炭科学研究总院抚顺分院的KJF2000和北京瑞赛公司的KJ4，KJ2000等系统无论在软硬件功能、稳定性和可靠性、专业技术服务能力、企业性质和生产规模等方面基本代表了我国煤矿监测监控系统的技术水平。

1991年煤炭总院上海分院与波兰玛克公司合作，研制成功我国第一台采用交流变频调速MG344-PWD型薄煤层强力爬底板电牵引采煤机以来，我国的电牵引采煤机有了较快的发展。

国内上海天地公司、太原矿山机械厂、西安煤机厂、鸡西煤机厂等都生产交流变频和直流电牵引采煤机，而且得到了广泛的应用。

经过近20年的研制开发，我国的电牵引采煤机一逐步走向成熟，为煤矿生产技术的进步起到了积极的推动作用。

4.5 其他煤矿机电一体化装置液压支架则向电液控制方向发展，将计算机技术与液压控制有机结合，实现定压双向邻架或成组自动移架，避免对顶板和支架产生冲击载荷。

我国神华集团大柳塔矿采用从德国和美国引进的电液控制的支架，移架速度为6～8s/架，最快的移架速度达3s/架。

电液控制装置还可检测支架的工作状态。

煤矿供电的特点是供电要可靠，质量要高，能满足大功率设备的要求。

因此应该推广节能型产品。

高压开关柜采用维护量小，使用寿命长的真空开关。

采用集中补偿和就地补偿相结合的办法提高功率因数，减少供电系统无功电流，减少无功功率损耗。

目前高、低开关柜普遍采用了“微机保护”，具备网络功能，可以实现远程遥控、遥测、遥信和遥调。

建立一套标准化、规范化、流程化和制度化技术推广和应用措施，要把计算机系统作为控制的核心，大力研发现场总线技术，提高中央控制系统的运算能力和贮存能力，积极开发相关的程序设计，研发高性能的辅助和控制系统。

同时要努力提高计算机硬件功能，使之能够适应恶劣的工作环境，能够长时间作业，避免出现各种意外和故障；使该机器系统能够实现功能强、性能好、精度高、体积小、重量轻、效率高、使用方便等特点。

同时，该技术产品还应该具有通信功能，要具有高可靠性和通信模块。

可以考虑和工业以太网技术相结合，实现工业以太网对于煤矿机电一体化技术的控制，适当结合现场总线技术，实现良好的通信控制。

要提高未来产品和技术的智能化水平，要通过建立一个高效的、动态的控制系统来及时修正系统参数，判断系统周围的变化，对机电设备和自身运行环境都能够有着准确的判断，并且能够实现自我修复和调整，通过对工作状态的判断，对所采集参数的分析，和对系统的诊断，准确地找出故障所在，并且能够对今后工作中的故障进行准确的预测。

未来要对传感器技术进行深入的研发，要引进国外先进的相关技术，要实现矿用传感器的数字化、集成化、智能化和多维化，努力增加其可靠性和使用寿命，使之能够适应到恶劣的工作环境，在此环境下能够坚持长时间作业，并且还能够保证其测量准确度，具有自校正、自诊断、状态识别和自我调节等功能。

最后要引进国外的相关关键技术，在此基础上做好关键技术的研发，充分利用机电一体化技术实现煤矿作业的自动化。

煤矿机电一体化技术的未来发展趋势未来煤矿机电一体化设备将会向智能化、程序化、小型化和信息化的方向发展，将会以计算机核心技术为主导，研发自主知识产权的核心装置，同时会与现场总线技术相结合，采用以工业以太网技术来控制该系统的目的。

对于计算机控制系统和辅助系统的研发也将进入一个新的时期。

对于一些危险区域，井下机器人的研发也将成为未来一个大趋势。

二．关于液压支架我国自1973年开始大规模引进德国、英国等国家的综采设备，经历了消化、吸收和改进提高的过程，已形成了较完善的设计、制造和科研体系。

我国液压支架的发展历程可分为以下四个阶段：(1)学习起步阶段：我国从20世纪70年代初开始液压支架的研制工作，基础条件很差，一切都是从零开始，所需的板材、管材及液压管胶等都需要研制及试验。

1964年由太原分院和郑州煤机厂设计70型迈步式自移支架，从此开始了液压支架的国产化道路。

在广大科技工作者的辛勤努力下，先后研制出了垛式、节式和掩护式支架。

尽管这些支架的性能和可靠性都较差，但为我国液压支架的发展奠定了基础，积累了经验。

(2)引进、消化、吸收、发展阶段：20世纪70年代末80年代初我国分三次大规模地引进国外支架，尤其是第三批引进了当时西方国家较为先进的综采设备共100套，其中的液压支架主要以二柱掩护式和四柱支撑式为主，支架的参数和性能比以往进口支架有明显提高。

1984年，北京开采所、沈阳所、郑州煤机厂在沈阳蒲河矿进行我国第一套放顶煤液压支架的工业性试验，继而研制了多种低位、中位和高位放顶煤支架，成功地在缓倾斜厚煤层和急倾斜厚煤层水平分层工作面使用。

通过消化吸收国外先进技术，科研人员自主开发了多种不同用途的液压支架，具有代表性的支架有QY系列和ZY系列支架，其中QY31和ZY35支架在较大范围内得到了推广使用。

这一时期开发出的支架重量普通较轻，如QY31经济型支架重量仅6T，支架的工作阻力也偏小，二柱支架一般在2000～3500kN，四柱支架一般在3000～4600kN。

支架的可靠性比较差，寿命试验仅8000次，与国外的差距较大。

在支架的控制方面，操纵阀主要以ZC片阀为主，流量只有80L/min。

乳化液泵站流量一般为80～200L/min，支架的移架速度较慢，一般在20～30s/架，立柱千斤顶的密封圈全部为橡胶件，寿命较短。

(3）完善和提高阶段：从上世纪90年代中期开始，我国液压支架进入了快速发展的阶段。

这时期综采技术得到推广，全国的综采工作面数量有了大幅度的提高，同时液压支架的使用性能、技术参数、稳定性和可靠性也有了明显的提高，支架的架型不断地丰富。

特别是放顶煤开采技术的成功应用，大大地推动了放顶煤液压支架的快速发展。

放顶煤液压支架的架型按放煤位置分有高位、中位、低位放顶煤支架；按四连方向来分有正四连杆和反四连杆放顶煤支架等。

(4）高速发展阶段：随着液压支架国产化进程的发展和我国高端液压支架需求量的不断增加，我国液压支架技术进入高速发展阶段。