机电一体化技术在煤矿开采中的创新应用

前言

煤矿开采作为我国能源供应的关键领域，传统开采模式面临效率低、安全风险大等诸多挑战。随着科技飞速发展，机电一体化技术应运而生，成为推动煤矿开采变革的重要力量。它融合机械、电子、控制等多学科技术，为煤矿开采设备赋予智能化与自动化能力。从提升开采效率到保障作业安全，从优化生产管理到实现节能降耗，机电一体化技术展现出巨大潜力。深入探讨其在煤矿开采中的创新应用，对推动煤矿行业现代化发展具有重大现实意义。

1 机电一体化技术的概念

机电一体化技术并非机械技术与电子技术的简单叠加，而是融合了机械技术、电子技术、信息技术、控制技术、传感器技术、接口技术、软件编程技术等多种学科与技术的综合性技术体系。它以机械系统为主体，通过将电子、信息等技术与机械技术有机结合，实现机械系统的智能化、自动化和高效化运行。

从系统组成角度看，机电一体化系统通常由机械本体、动力部分、传感检测部分、执行部分、驱动部分、控制及信息处理单元等构成。各部分之间相互协同、信息交互，共同完成特定的功能任务。例如，在数控机床中，机械本体是执行加工动作的基础结构；动力部分为系统提供能量；传感检测部分实时监测机床的运行状态和加工参数；执行部分根据控制指令完成具体的加工动作；驱动部分将控制信号转换为机械运动；控制及信息处理单元则对整个系统进行统筹协调和智能控制。

2 机电一体化技术在煤矿开采中的创新应用形式

2.1 开采设备智能化升级

2.1.1 自动化采煤机革新

精准开采控制：传统采煤机依赖人工操作，采煤精度和效率受人为因素影响大。如今，机电一体化技术使采煤机配备高精度传感器和智能控制系统，能实时感知煤层厚度、硬度及地质构造变化，自动调整采煤速度，实现精准开采，提高煤炭回收率，减少资源浪费。

2.1.2 智能掘进机突破

集成 5G+AI 实现远程操控，如延长石油魏墙煤业450 米超长工作面依托5G 低时延构建智能管控系统，实现连采设备远程操控及通风系统智能运行；创新"留顶拉底"工艺应对煤层倾角变化，优化锚索支护控制顶板变形；智能协同系统降低粉尘浓度，改善作业环境。这些突破使半煤岩巷掘进效率提升，设备故障率降低，推动煤矿向安全高效、绿色智能转型。

2.1.3 连续运输系统优化

智能调度与控制：带式输送机、刮板输送机等连续运输系统通过应用机电一体化技术，实现了智能调度与控制。系统可根据煤炭产量和运输距离自动调整运行速度，优化运输流程，提高运输效率。

2.2 安全保障体系强化

2.2.1 瓦斯监测与防控一体化

高精度瓦斯监测：机电一体化瓦斯监测系统采用高灵敏度传感器和先进的数据处理算法，能够实时、准确地监测煤矿井下的瓦斯浓度、温度、压力等参数。监测数据通过无线通信网络实时传输到地面监控中心，为瓦斯防控提供及时、准确的信息支持。

智能瓦斯防控：煤矿智能瓦斯防控系统利用物联网、大数据、人工智能等技术，实现对瓦斯浓度的实时监测、预警和自动控制。通过部署高精度传感器，系统能够及时发现瓦斯异常并发出警报，同时根据预设策略自动执行排风、切断电源等安全措施，确保矿井安全。此外，系统还支持远程监控和数据分析，为煤矿提供科学的瓦斯治理决策依据，有效预防瓦斯事故的发生。

2.2.2 顶板灾害预警与防治

顶板压力实时监测：顶板压力监测系统利用压力传感器和分布式光纤传感技术，对煤矿顶板的压力变化进行实时、连续监测。通过建立顶板压力监测模型，分析顶板压力的变化趋势，提前预测顶板来压时间和强度，为顶板支护设计和管理提供数据支持。

2.2.3 人员定位与紧急救援联动

精准人员定位：人员定位系统采用射频识别（RFID）技术、超宽带（UWB）技术或全球定位系统（GPS）技术，能够实时掌握煤矿井下人员的位置和分布情况。通过在井下规定位置设置定位基站，与人员携带的定位标签进行通信，实现人员定位精度达到米级甚至更高，为人员管理和紧急救援提供准确的位置信息。

2.3 生产管理系统智能化

煤矿生产管理系统智能化通过信息技术与煤矿生产深度融合，实现全流程智能管控。构建全面感知网络，实时采集井下环境、设备及人员数据，如温度、瓦斯浓度、设备运行参数等；依托“ ⋅6+1+1^: ”顶层设计，整合地理信息系统、安全生产管控平台等，形成动态预测与协同控制系统。应用数字孪生技术建立三维仿真模型，实现智能预警与可视化管理，同时引入5G、大数据分析优化生产流程，如远程监控设备状态、自动调度运输系统。系统可降低人工成本，提升安全预警能力，减少事故风险，推动煤矿生产向少人化、无人化转型，助力实现安全高效、绿色可持续的现代化矿山管理目标。

结束语

机电一体化技术在煤矿开采中的创新应用，为煤矿行业的发展带来了新的机遇和挑战。通过在煤矿开采设备、安全监测、生产管理等方面的广泛应用，机电一体化技术有效提高了煤矿开采的生产效率、安全性和产品质量，降低了运营成本。然而，在应用过程中也面临着技术复杂性、设备可靠性、人员素质等方面的挑战。只有通过加强技术研发、优化设备管理、加强人员培训等措施，才能充分发挥机电一体化技术的优势，推动煤矿行业向智能化、现代化方向发展，实现煤矿的安全、高效、可持续发展。

参考文献：

[1]庞鑫宇. 机电一体化数控技术在煤矿机械中的应用[J]. 现代制造技术与装备,2024(S2):57-60.

[2]王海松,耿振,王亚斌. 煤矿机电运输系统智能化技术探讨[J]. 内蒙古煤炭经济,2024(16):133-135.