一、我國(guó)煤礦發(fā)展概況
我國(guó)煤礦采煤技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了手工、炮采、機(jī)械化等幾個(gè)階段，生產(chǎn)能力相應(yīng)的得到不斷提高，礦井年產(chǎn)量從幾萬(wàn)噸發(fā)展到幾百萬(wàn)噸。當(dāng)前一些先進(jìn)的煤礦企業(yè)、礦井甚至一個(gè)采煤工作面的生產(chǎn)能力就能達(dá)到500-1000萬(wàn)t/a，例如陜煤集團(tuán)神木紅柳林礦業(yè)有限公司于2009年投產(chǎn)，2011年生產(chǎn)能力達(dá)就到了1300萬(wàn)噸。生產(chǎn)能力的提高，與之相適應(yīng)的配套機(jī)械設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，就采掘工作面的裝備而言，美國(guó)、德國(guó)、澳大利亞等國(guó)電牽引采煤機(jī)的使用已達(dá)到100%，單臺(tái)裝機(jī)功率達(dá)2345kw，截割牽引速度為10-15m/min，最大牽引速度達(dá)到45.9m/min，產(chǎn)量達(dá)到3500t/h以上；工作面刮板輸送機(jī)的功率達(dá)到3*1000kw，長(zhǎng)度300m，輸送機(jī)槽鋼板厚度達(dá)到60-70mm；帶式輸送機(jī)的最大運(yùn)輸能力已達(dá)3000t/h，功率3*500kw，帶寬1.6m，帶速4m/s，最大水平運(yùn)距3000m（多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)）；部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)的最大重量達(dá)120t，截割頭功率達(dá)500kw，可切割抗壓強(qiáng)度超過(guò)100mpa的巖石，最大掘進(jìn)斷面70m2。這些先進(jìn)機(jī)械裝備的使用，不僅提高了生產(chǎn)能力，而且使煤礦勞動(dòng)生產(chǎn)率得以大幅度提高。
1.先進(jìn)的機(jī)械裝備及電力電子技術(shù)
設(shè)備的大型化、大功率化，對(duì)電力技術(shù)也提出了新的更高要求。近年來(lái)隨著半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)的發(fā)展，電力電子技術(shù)也得到迅猛發(fā)展，并發(fā)生了質(zhì)的飛躍。它已由50年代的SCR、80年代的GTR、MOSFET發(fā)展到現(xiàn)在的第三代電力電子器件IGBT、SIT。第三代電力電子器件還將高電壓、大電流的功率器與控制電路集成在一起，形成智能功率控制集成模塊。目前最先進(jìn)的為同步機(jī)內(nèi)裝式交流變頻提升機(jī)，其主回路和磁場(chǎng)回路均采用電力電子器件，實(shí)現(xiàn)變頻和整流，由于采用交流電機(jī)，沒(méi)有電刷問(wèn)題，提升機(jī)容量可以大幅度增加。電力電子技術(shù)在控制采煤機(jī)牽引速度上也得到應(yīng)用，主要是交流變頻調(diào)速和滑差調(diào)速。此外，電力電子技術(shù)還應(yīng)用于帶式輸送機(jī)的調(diào)速或軟啟動(dòng)控制、風(fēng)機(jī)調(diào)速和水泵調(diào)速，除了可以提高調(diào)速性能外，更主要的是可以節(jié)省能源。以電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)因其啟動(dòng)力矩大、啟動(dòng)電流小、可以頻繁重載啟動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于礦井輸送機(jī)、電牽引采煤機(jī)及中小型絞車(chē)等。
2.機(jī)電一體化
機(jī)電一體化技術(shù)是機(jī)械、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化控制技術(shù)的綜合應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)、軟件技術(shù)、傳感器技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化產(chǎn)品在性能和功能方面實(shí)現(xiàn)了飛躍，并在煤礦中得到了廣泛應(yīng)用。英國(guó)、日本、美國(guó)和中國(guó)生產(chǎn)的部分電牽引采煤機(jī)，裝備了以計(jì)算機(jī)為核心的控制和工況監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，對(duì)采煤機(jī)的運(yùn)行工況及參數(shù)進(jìn)行采集、處理、顯示、存儲(chǔ)和傳輸，提供操作指導(dǎo)或控制采煤機(jī)做出相應(yīng)的處理，對(duì)電機(jī)、軸承等部件進(jìn)行故障自動(dòng)診斷。計(jì)算機(jī)技術(shù)與液壓控制有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了液壓支架定壓雙向鄰架或成組自動(dòng)移架，避免對(duì)頂板和支架產(chǎn)生沖擊載荷。此外，引進(jìn)的工作面供電設(shè)備采用了微機(jī)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)故障查詢(xún)、閉鎖、先導(dǎo)保護(hù)和控制功能，也是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。煤礦運(yùn)輸設(shè)備的機(jī)電一體化進(jìn)程也十分迅速，近幾年來(lái)，引進(jìn)的電液控制軟啟動(dòng)在帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用達(dá)到很高水平，它利用計(jì)算機(jī)與液壓技術(shù)相結(jié)合，不僅具有良好的啟動(dòng)、停車(chē)、調(diào)速和功率平衡等功能，而且能監(jiān)測(cè)設(shè)備各部分的工況，對(duì)不正常狀態(tài)進(jìn)行保護(hù)，顯示故障類(lèi)型。礦井提升機(jī)是煤礦實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化水平最高的大型設(shè)備，全數(shù)字化交、直流提升機(jī)，尤其是內(nèi)裝式提升機(jī)從結(jié)構(gòu)上將滾筒和驅(qū)動(dòng)合為一個(gè)整體，機(jī)械結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。我國(guó)研制成功的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全數(shù)字化直流提升機(jī)，其核心部分ASCS是由雙CPU構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以其性能先進(jìn)、操作簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確可靠成為煤礦提升機(jī)的首選機(jī)型。
3.計(jì)算機(jī)控制與網(wǎng)絡(luò)
隨著煤礦現(xiàn)代化進(jìn)程的加快和安全技術(shù)的高速發(fā)展，井下各種監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)逐漸增多，如果這些監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)處于相互獨(dú)立的狀態(tài)，各種系統(tǒng)自成體系，各自為政，信息不能互通，勢(shì)必造成通信線(xiàn)路重復(fù)投資，重復(fù)建設(shè)，系統(tǒng)維護(hù)量增大，整體可靠性差，維修、維護(hù)困難，信息不能綜合利用等缺陷。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在煤礦的廣泛應(yīng)用很好地解決了這些問(wèn)題?，F(xiàn)在，計(jì)算機(jī)控制和網(wǎng)絡(luò)可以覆蓋到煤礦井下現(xiàn)場(chǎng)、覆蓋到單臺(tái)設(shè)備、單個(gè)數(shù)據(jù)測(cè)量點(diǎn)，在地面的任一臺(tái)聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)經(jīng)授權(quán)均能直接查閱有關(guān)信息，或向井下發(fā)送有關(guān)信息，各級(jí)管理者可以在車(chē)間、區(qū)隊(duì)、礦井、企業(yè)乃至世界各地實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度、控制和管理。這些網(wǎng)絡(luò)、控制系統(tǒng)都改變著傳統(tǒng)煤炭行業(yè)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，給現(xiàn)代化礦井的優(yōu)化調(diào)度、科學(xué)管理等帶來(lái)革命性變化。
4.發(fā)展趨向
煤礦機(jī)電技術(shù)及裝備的主要發(fā)展趨向應(yīng)當(dāng)是：跟蹤產(chǎn)業(yè)科技前沿，開(kāi)發(fā)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的以煤礦開(kāi)采技術(shù)及配套裝備為主導(dǎo)的核心技術(shù)，以其高適應(yīng)性、大型化、大功率化、遙控和自動(dòng)化占領(lǐng)技術(shù)制高點(diǎn)；開(kāi)發(fā)以微處理器和微機(jī)為基礎(chǔ)的礦井設(shè)備工況和健康監(jiān)測(cè)以及微處理器、計(jì)算機(jī)和專(zhuān)家系統(tǒng)的應(yīng)用等，將逐步成為現(xiàn)代化煤礦機(jī)電技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志。
二、陜煤集團(tuán)神木紅柳林礦業(yè)有限公司發(fā)展概況
1.公司概況
陜煤集團(tuán)神木紅柳林礦業(yè)有限公司是由陜西煤業(yè)化工集團(tuán)代表陜西省出資51%，神木縣國(guó)有資產(chǎn)運(yùn)營(yíng)公司代表神木縣出資25%，榆林煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)有限公司代表榆林市出資24%，三家聯(lián)合發(fā)起組建的股份制國(guó)有大型煤炭企業(yè),主營(yíng)紅柳林煤礦。公司成立于2005年10月20日，注冊(cè)資本金9.08億元。
紅柳林礦井于2008年11月獲得國(guó)家發(fā)改委核準(zhǔn)，礦井建設(shè)規(guī)模1200萬(wàn)噸/年，配套建設(shè)相應(yīng)規(guī)模的選煤廠，概算投資為25.89億元，服務(wù)年限87年。2009年4月投產(chǎn)，當(dāng)年生產(chǎn)原煤453萬(wàn)噸，2011年生產(chǎn)原煤1311萬(wàn)噸，安全完成了各項(xiàng)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理指標(biāo)。
2.主要生產(chǎn)系統(tǒng)現(xiàn)狀
紅柳林礦業(yè)有限公司井選用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的采、掘、運(yùn)設(shè)備，采用走向長(zhǎng)壁一次采全高的綜合機(jī)械化回采工藝，工作面?zhèn)溲b國(guó)產(chǎn)ZY12000∕28∕63型大采高液壓支架和美國(guó)久益公司JOY--7LS7型采煤機(jī)（總功率2345KW、生產(chǎn)能力3500 t／h），建成了年產(chǎn)千萬(wàn)噸工作面。主運(yùn)輸采用帶寬1.8米膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸。輔助運(yùn)輸為無(wú)軌防爆膠輪車(chē)運(yùn)輸。建成了井下束管檢測(cè)、礦壓監(jiān)測(cè)、人員定位、信集閉、工業(yè)電視監(jiān)控和生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)集中控制。
（1）提升設(shè)備
主斜井（ 包括大巷） 裝備一臺(tái)鋼絲繩芯帶式輸送機(jī)，擔(dān)負(fù)礦井12.0Mt/a的煤炭運(yùn)輸，副斜井采用無(wú)軌膠輪車(chē)提升。
主斜井提升確定采用帶式輸送機(jī)擔(dān)負(fù)礦井原煤的提升任務(wù)。由于12°主斜井長(zhǎng)度不到600m，為盡量簡(jiǎn)化運(yùn)輸系統(tǒng)、減少環(huán)節(jié)，將主斜井與大巷連成一體鋪設(shè)一條主斜井帶式輸送機(jī)進(jìn)行煤炭運(yùn)輸，最大運(yùn)輸距離2695m。Q=4000/h、B=1800mm、V=4.5m/s，使用交—直—交變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
（2）通風(fēng)設(shè)備
本礦井為低瓦斯，煤塵有爆炸危險(xiǎn)性，煤層有自然發(fā)火傾向。礦井通風(fēng)方式采用抽出式，中央分列式通風(fēng)系統(tǒng)。
采用FBCDZ-10-No32/2×560 型防爆對(duì)旋軸流式礦井通風(fēng)機(jī)2臺(tái)，1臺(tái)工作，1臺(tái)備用，每臺(tái)通風(fēng)機(jī)配2臺(tái)YBF630M2-6 型（560kW、590r/min、6kV）交流異步電動(dòng)機(jī)。
（3）排水設(shè)備
礦井采用直接排水系統(tǒng)，在回風(fēng)斜井井底附近設(shè)有中央水泵房和主水倉(cāng)。利用排水設(shè)備及管道將井下涌水排至地面礦井水處理站，經(jīng)處理后作為生產(chǎn)補(bǔ)充用水及井下消防灑水。排水管沿膠帶大巷及主斜井井筒敷設(shè)。
采用3臺(tái)MD580-60×4型礦用耐磨多級(jí)離心泵，配YB560S2-4 型（560kW、1480r/min、10kV）礦用隔爆電動(dòng)機(jī)。正常涌水時(shí)1臺(tái)工作，1臺(tái)備用，1臺(tái)檢修，最大涌水時(shí)2臺(tái)水泵同時(shí)工作。
（4）壓風(fēng)設(shè)備
在地面設(shè)置空壓機(jī)站，通過(guò)管道下井供氣，選用LS20-150HAC 型風(fēng)冷式螺桿空壓機(jī)2 臺(tái)，2臺(tái)同時(shí)工作，或1 用1備，風(fēng)冷卻，排氣量19m3/min，排氣壓力0.8MPa，隨機(jī)配110kW 電動(dòng)機(jī)（380V、1470r/min）。同時(shí)在井下布置二臺(tái)MLGF-110 型井下移動(dòng)式防爆螺桿式空壓機(jī)，對(duì)較遠(yuǎn)工作面較遠(yuǎn)和較分散的工作面供氣，移動(dòng)式空壓機(jī)和地面兩臺(tái)空壓機(jī)互為備用。
（5）制氮設(shè)備
采用井下移動(dòng)式制氮系統(tǒng)。井下設(shè)移動(dòng)注氮站，注氮采用非連續(xù)方式，主要用于回采面拆架、安裝、收作、停采時(shí)的防滅火，也可用于煤巷高冒區(qū)、老空區(qū)的防滅火。采用JXZD-700 型井下移動(dòng)式碳分子制氮機(jī)組2套，產(chǎn)氮量為2×700m3/h。注氮管路沿各自工作面進(jìn)風(fēng)順槽敷設(shè)，直接進(jìn)入工作面采空區(qū)或密閉的火區(qū)，對(duì)采空區(qū)氧化帶或著火區(qū)注氮。最遠(yuǎn)工作面順槽長(zhǎng)度4000m。管路選擇工作面注氮管路選用直徑為DN150mm的D159×5型無(wú)縫鋼管，均采用快速管接頭連接。
（6）大采高機(jī)械設(shè)備配備
礦井規(guī)模定位在二十一世紀(jì)現(xiàn)代化特大型礦井，綜采工作面的采、裝、運(yùn)、支工序全部實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。
①采煤機(jī)
采用美國(guó)久益7LS-7型煤機(jī)，最大采高6352mm，截深865mm，總裝機(jī)功率2345kW。
②工作面可彎曲刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)
工作面輸送機(jī)：SGZ1250/3×1000型，運(yùn)輸長(zhǎng)度：305m；運(yùn)輸能力：4000t/h；交叉?zhèn)刃妒綑C(jī)頭；雙速電機(jī)牽引；額定電壓為3300V；裝機(jī)功率3×1000kW。
轉(zhuǎn)載機(jī)：SZZ1550/525型，能力4500t/h，額定電壓3300V，裝機(jī)功率525kW。
破碎機(jī)：PCM400型，能力4500t/h，額定電壓3300V，裝機(jī)功率400kW。
③液壓支架：ZY12000/28/63型液壓支架，支撐高度2.8～6.3m，工作阻力12000kN。
④順槽可伸縮膠帶輸送機(jī)：DSJ160/3×500型，運(yùn)輸長(zhǎng)度3200m，輸送能力3000t/h，帶寬1600mm，帶速4m/s，儲(chǔ)帶長(zhǎng)度200m，電機(jī)功率為3×500kW，額定電壓1140V。
⑤乳化液泵站：采用英國(guó)雷波公司S375型乳化液泵，泵站由四臺(tái)乳化液泵、二臺(tái)乳化液箱組成，公稱(chēng)壓力37.5MPa，公稱(chēng)流量430L/min，總功率4×280kW。
⑥噴霧泵站，采用英國(guó)雷波公司S300型噴霧泵，泵站由三臺(tái)泵和一臺(tái)水箱組成，公稱(chēng)壓力14.3MPa，公稱(chēng)流量500L/min，總功率3×110kW。
（7）供電系統(tǒng)
紅柳林礦業(yè)公司設(shè)110kV變電站一座，兩回110kV電源均引自神木北郊110kV變電所110kVⅠ、Ⅱ段母線(xiàn)上。兩回110kV架空線(xiàn)路，輸電距離為5km，110kV電氣主接線(xiàn)為單母分段，兩回110kV進(jìn)線(xiàn)，站內(nèi)安裝兩臺(tái)25MVA變壓器。礦區(qū)建有13個(gè)10kV變電所，110kV變電站二次系統(tǒng)采用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，配有微機(jī)保護(hù)，消弧消諧裝置和自動(dòng)磁飽和型無(wú)功補(bǔ)償裝置、故障錄波設(shè)備。供電系統(tǒng)全部實(shí)現(xiàn)了雙電源雙回路供電，確保煤礦安全生產(chǎn)。
礦井選用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的采、掘、運(yùn)設(shè)備，采用走向長(zhǎng)壁一次采全高的綜合機(jī)械化回采工藝，工作面?zhèn)溲b國(guó)產(chǎn)ZY12000∕28∕63型大采高液壓支架和美國(guó)久益公司JOY--7LS7型采煤機(jī)（總功率2345KW、生產(chǎn)能力3500t／h），建成了年產(chǎn)千萬(wàn)噸工作面。主運(yùn)輸采用帶寬1.8米膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸。輔助運(yùn)輸為無(wú)軌防爆膠輪車(chē)運(yùn)輸。建成了井下束管檢測(cè)、礦壓監(jiān)測(cè)、人員定位、信集閉、工業(yè)電視監(jiān)控和生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)集中控制。
3.機(jī)電設(shè)備管理
隨著煤礦開(kāi)采工藝的進(jìn)步和機(jī)械化程度的不斷提高,傳統(tǒng)的粗放式管理模式已顯現(xiàn)出它的諸多弊端,從而為煤礦機(jī)電管理工作提出了更高的要求。煤礦機(jī)電管理發(fā)展的思路目前這個(gè)階段要先從精細(xì)化管理入手。精細(xì)化管理就是將管理的對(duì)象分解量化為具體的數(shù)字、程序,在管理目標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)、任務(wù)、流程等方面進(jìn)行細(xì)分,實(shí)施精確計(jì)劃、精確決策、精確控制、精確考核,是與現(xiàn)代集約化、規(guī)?；a(chǎn)方式相適應(yīng)的一種管理理念,是一種高效、節(jié)約的管理方式,可以最大限度地減少管理耗費(fèi)的資源,從而降低管理成本。
（1）實(shí)現(xiàn)決策科學(xué)化、精細(xì)化，推動(dòng)建立現(xiàn)代煤礦企業(yè)制度。現(xiàn)代企業(yè)制度是以公司制度為主體的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的基本成分,它的基本要求是產(chǎn)權(quán)清晰、權(quán)責(zé)明確、政企分開(kāi)、管理科學(xué)。因此,煤礦企業(yè)要建立現(xiàn)代企業(yè)制度,必須首先實(shí)現(xiàn)管理理念的精細(xì)化,使企業(yè)的每個(gè)環(huán)節(jié)都精密有序,讓每個(gè)員工都成為追求精細(xì)化管理的自覺(jué)參與者。
（2）企業(yè)科學(xué)定位,逐步推進(jìn)精細(xì)化管理。企業(yè)要通過(guò)縱向比較、橫向比較,科學(xué)、準(zhǔn)確地給自己定位,牢牢把握自己在市場(chǎng)中的地位,擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)社會(huì)影響,增強(qiáng)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
（3）充分挖掘人力資源,調(diào)動(dòng)職工的積極性、創(chuàng)造性。要給員工講清精細(xì)管理的科學(xué)道理,以獲得全體員工的理解和支持,變被動(dòng)管理為主動(dòng)參與。要建立精細(xì)化管理的用人機(jī)制,獎(jiǎng)優(yōu)罰劣,獎(jiǎng)勤罰懶,建立規(guī)范化、系統(tǒng)化、制度化的獎(jiǎng)懲機(jī)制。
煤礦機(jī)電一體化技術(shù)是煤礦綜合自動(dòng)化的發(fā)展基礎(chǔ)，更是煤礦企業(yè)信息化建設(shè)的重要支撐技術(shù)，煤礦機(jī)電一體化技術(shù)在采、掘、運(yùn)、裝備等方面的應(yīng)用和推廣，大力地推動(dòng)我國(guó)煤礦綜合生產(chǎn)力，同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)安全、高效、潔凈、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的現(xiàn)代化、高科技煤炭工業(yè)生產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
