煤矿技术论文范文

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2变频调速技术的应用

使用PID控制器和可编程控制器（PLC）控制技术来控制变频器，反向，速度，加速，减速时间，实现各种复杂的控制，为适应煤矿提升，压风，排水，电牵引采煤机设备的要求。提升机PLC，PID变频控制技术更为复杂，这里不介绍了。压风机为例，对变频调速控制技术和功能的应用，证明变频调速技术的优越性和经济效益的描述。在正常操作压力风机，当罐内压力达到规定的压力，通过压力调节器处于闲置状态，风机的压力，为了降低储罐压力，当气体储罐压力低于规定压力，机器正常使用工作。但空气压缩机输出压力波动较大，不能达到理想的空气压力，直接影响到气动工具的正常运行。在变频技术的使用，确保空气压缩机输出压力保持不变，总是让空气压缩机输出压力保持在正常的工作压力水平，大大提高煤炭生产效率。与传统的PID控制对比，检测信号反馈给变频器控制量，以控制变量的目标信号进行比较，以确定它是否是预定的控制目标，根据二者之间的差异进行调整，达到控制目的。如储气罐压力超过目标值（气舱压力给定值），应调节压缩空气同气舱压力值近视平衡。相反，如储气罐压力低于目标，应调节储气罐压力同目标压力近视平衡。通过对变频调速技术在压风机上的应用，可以达到空气压缩机输出压力基本上保持恒定的生产价值的需要，空气压缩机输出压力始终保持在最佳状态下生产。

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2变频技术

在煤矿机电设备中的应用变频技术的主要应用对象是电动机驱动的各种设备，在煤矿机电设备中主要包括风机系统、提升系统、压缩机系统、采煤机系统、煤炭输送系统、各类泵等。

2.1风机系统的改进

以某矿井主通风机的变频改造为例，在改造之前，风机设计裕量过大，即使通过调节叶片或者改变管网特性依然远远超过所需风量。利用变频器Harvest-A06/120进行改造，主要参数为：输入频率为45～55Hz，额定输入电压6000V±10%，输出频率范围0.5～120Hz。在利用电压源型串联多电平脉宽调制高压变频器进行改造后，风机效率由45%提高到78%以上，年均用电量减少920000kWh，同时该矿井风机系统可实现软启动，大大降低了对电网的冲击以及对设备的损坏，降低了人工成本。

2.2空压机系统的改进变频技术

对于空压机启动方式的变革具有重要的意义。传统的直接启动方式在启动瞬间会产生较大电流，不利于设备的正常使用寿命的保持。采用变频技术可以降低瞬时大电流对于设备的危害，延长使用寿命。空压机中压风系统的调节一般采用的是压力闭环控制的变频系统，主要利用系统压力检测来对空压机负荷进行调整，当系统内部压力发生变化时，变频系统会根据反馈的压力数值进行补偿调整，最终保持系统内部压力的恒定。采用此种方式进行压风系统的调节，与传统方式相比，响应速度更快，同时能够更加精确地控制风力，保持压风系统较高的可靠性。以唐山矿业某井空压机变频改造为例，对泵房进行变频改造，采用三套ACS800变频控制柜，利用一台PLC集控柜进行控制。其主要参数为：三相输入电压U3in=（380～415）V±10%，U5in=（380～500）V±10%，输出频率0～±300Hz，DTC（直接转矩控制）控制。通过该控制系统，可以实现空压机的一拖三变频调速运转，能够保持系统内的恒定压力控制，实现设备安全可靠运行。与改造前相比，年均可节省电费50余万元；可实现设备自0Hz起的软启动，设备检修周期延长，降低了检修成本。同时还实现了对设备保护功能的进一步完善，完善了设备超压保护、防自启动保护等多种功能，改善了设备的工作环境。

2.3采煤机的改进提高采煤机对工作环境的适应性

是采煤机改进的主要方向。工作环境愈加复杂，使传统采煤机的不适应性更加突出。电牵引采煤机在适应性方面有很好的表现，已在许多矿山中得到应用。采煤机的变频调速能力是其工作性能的一大指标。与传统滑差调速相比，变频调速将采煤机的变速性能实现了质的飞跃。能量回馈型四象限变频器在采煤机中的应用是煤矿机电设备改造的向前迈进一大步的标志，它标志着井下采煤机由“一拖二”向“一拖一”的进步，提高了煤矿开采效率，同时降低了采煤机的故障率以及维修成本。由PLC控制的MG700-WD交流变频调速采煤机，能够将采煤机事故率控制在较低的范围内，同时由于PLC程序的开放性，可以更好地进行人机对话，能够在故障发生时较为准确地定位故障位置。对于采煤机变频调速系统，除去目前市面上已有的成熟产品外，还有很多学者对不同类型的变频调速控制方式进行了研究，目前已有一定的理论基础，有待于在实际生产中进行试验以及普及。以ALPHA6900系列变频器在采煤机中的应用为例，可实现主从控制功能，同时还可以实现四象限运行，通过PLC控制电路，对变频器的输入输出端口进行实时监控，采集包括转速、转矩等在内的多种信息，确保系统运行的稳定性。其中，采用ALPHA6900系列变频器的电气控制系统可以分为一拖一单/双电机控制方式，通过采煤机工作环境的变化，对其牵引电机的转速进行调整，实现对采煤机设备的有效保护。

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2煤矿采煤工艺的主要技术

一般而言，井巷布置、开采的矿压控制、冲击地压防治、瓦斯与火灾防治等是对深矿井进行开采的关键，同时也是煤矿井下开采生产技术所必须克服的技术难点，目前我国的煤矿井下开采技术有了一定的提高但仍有很多不足，这些问题的解决能够促进我国的煤矿井下开采技术有一个新的提高。

2.1巷道布置开采技术

巷道作为煤矿开采过程中的重要通道，它的合理性与安全性直接影响到煤矿井的工程能否顺利进行，也直接影响到煤矿井的开采成本的高低。所以，煤矿公司应该重视巷道的布置，应实地考察矿井，结合自身的井下采煤的方式，做出最合理的矿井巷道布置。在研究巷道布置的时候，应该充分考虑煤矿的开采技术的娴熟程度和该煤矿内的作业环境以及该矿井的地势情况，不仅能节约运输成本和节省工程时间，还有利于提高煤矿的工作效率。

2.2采场围岩控制技术

采场围岩控制技术对于我国的煤矿安全事业具有十分重要的意义，采场围岩的不稳定必然会造成采矿工作人员的安全隐患。在另一方面，结合现代化理论和分析法、计算测量技术，可以得出煤矿的地质结构情况。所以，应进一步完善围岩控制技术理论，这不仅能够保障煤矿开采的安全性，而且能将对煤矿采场的岩层情况置于掌握中，为井下开采提供便利。坚硬岩层顶板和破碎岩层顶板是煤矿井顶板主要的两种类型。深孔预裂爆理技术、高压注水处理技术是最为常见的传统岩层处理方法，但是因为在实际运用中其繁琐的操作程序以及高成本费用的缺陷，与现在高技术、低成本的要求相悖，因此无法满足采矿工程所要求的标准而很少被运用。因此岩层顶板处理技术的革新和进步是十分重要的，是必然的趋势。

2.3“三下”采煤技术

“三下”采煤技术比较适用于保护村庄的情形，其主要是通过模拟数值计算以及模拟相似材料来进行各项填充技术与组合的填充技术，另外还包括村庄的房屋的加固以及重建方面的技术。

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恒压频比控制属于开环调节,通过保持异步电机电压和频率之比近似相同以调节煤矿电机转速的调节方法。V/F控制最大的优点,就是使用简单,没有复杂的算法流程、坐标变换及电机模型辨识过程,用户使用起来十分的容易。而且,由于属于开环控制,即便在负载出现任意扰动的情况下,输出值也保持固定,不会受到什么影响。所以在某些时候,尤其是稳定度要求高的情况下,会采用该种控制方法。但由于其开环控制特性,控制精度低,无法像矢量控制那样实现无偏差控制。这种控制方式主要运用于对精度要求不高的煤矿设备,如风机、水泵等。

1.2转差率控制

根据电机转速计算公式,转差率控制是通过改变电机转差率的大小来实现对电机转速进行改变的控制方法。主要通过改变电机定子电压和转子电阻的方式进行。小功率电机或者电机转速较慢的情况下会采用转差率控制方法。恒压频比控制和转差率控制方式都是基于电机系统的稳态模型和在稳态运行规律下进行控制的。这两种控制方式无法对电机内部磁场的大小和位置进行控制,因而电机只能实现较为精确的转速控制,而转矩控制能力差。要想精确控制转矩,就必须在动态过程中对电动机的磁场大小和位置进行控制。

1.3矢量控制(VC)

矢量控制是目前煤矿自动化领域中比较先进的控制方法。交流异步电机是一个十分复杂的系统。矢量控制的基本控制原理就是通过对异步电机定子电流在不同坐标系下进行矢量变换,最终将电流分解为可以分别控制的用于励磁分量和用于产生电磁转矩分量。矢量控制策略的基本思路就是将交流异步电机的耦合变量解耦,实现各个变量的独立控制,使异步电机和直流电机一样,获得良好的控制性能。

1.4直接转矩控制(DTC)

直接转矩控制技术是基于矢量控制理论而建立的一种新型交流异步电机控制技术,直接转矩控制将不会像矢量控制那样考虑变量解耦的问题,而是直接控制电磁转矩。直接转矩控制不需要将交流异步电机转化为直流电机的数学模型,而只关注电磁转矩的变化。因此,和矢量控制不同,直接转矩控制无需进行复杂的坐标变换和电机数学模型。但是,直接转矩控制也有其缺点,例如低速情况下转矩脉动大,启动电流冲击大等。目前,兆瓦级的大功率电牵采煤设备中直接转矩控制方法运用的较为广泛。

2自动化系统在煤矿采煤中的应用

2.1试验台机械结构及总体布置

变速器试验台是一个综合了机械、电气、液压原理的机电系统。其具体工作原理是驱动电机连续输入额定转速和扭矩,以模拟变速器在煤矿采煤工作中的输入工况。由于驱动电机最高转速的限制,往往无法达到发动机最高转速的要求,因此,在驱动电机后加入一个升速齿轮箱,以满足采煤系统的试验能力要求。为了更接近矿区采煤的真实工况,在变速器输入端增加一个惯量盘,其旋转时的转动惯量与在离合器飞轮和传动轴旋转时产生的转动惯量相同。试验台的末端是加载装置及其匹配的冷却系统,它能给变速器施加阻力矩,以模拟设备采煤时的负载和道路阻尼。

2.2驱动设备的选择

驱动设备需要给试验变速器输入试验所要求的转速和扭矩,驱动设备可以采用内燃机,也可以采用电动机作为输入动力源。两种不同的动力源均有其各自不同的优缺点。采用内燃机作为采煤系统驱动端,使得试验更加接近变速器在采煤应用中的实际工况。但是内燃机也有较多缺点,比如噪声大,产生的废气污染环境,而且内燃机转速和扭矩不易控制,会导致试验结果产生较大的误差。采用电动机作为试验台动力源有噪音小、占地面积小、启停方便、无污染、易于控制等优点。正是因为采用电动机作为试验台动力源具有较多的优点,目前电动机已经广泛应用在各种煤矿传动系统试验设备上。

2.3加载装置的选择

加载装置在整个采煤系统中为被测变速器施加负载转矩,目前主流的工业设备一般采用测功机作为加载装置。测功机一般用于测试发动机的功率,也可作为齿轮箱、减速机、变速箱试验设备的负载装置。测功机主要由功率吸收、负载调速、转矩调节和冷却部分组成。根据负载转矩输出方式的不同,一般可以将测功机分为水力测功机、电力测功机和电涡流测功机三种。自动化采煤系统一般采用开式布局,在保证试验需求的情况下,基于上表的三种测功机的性能对比,采用电涡流测功机较适合于基础的自动化采煤系统。该文采用一台长沙湘仪动力测试仪器有限公司生产的CW-150系列电涡流测功机作为研究对象,其额定吸收功率为150kW,额定扭矩为520N•m,额定转速为2500rpm。

2.4发动机速度特性分析

该文所建立的自动化采煤系统模型,选用交流异步电机作为试验台架的驱动系统,驱动试验变速器及负载机构的运转。这里所选用的驱动电机应能完全覆盖被测变速器所匹配采煤设备发动机的全部性能和运行工况,同时还应具备转速和转矩的调节能力。为了使试验结果更加准确,这里我们先要对发动机的速度特性进行简要分析,从而为异步电机参数的确定提供理论依据。

2.5驱动电机主要参数的确定

在确定了采用交流异步电机作为驱动电机之后,就必须确定驱动电机的各种参数,从而完成异步电机驱动的变速器试验台动力学仿真。而部分电动机参数的确定必须参照发动机相关参数的确定原则,这样才能提高驱动电机模拟发动机驱动的精确度。对于任意的一台异步电机,它的参数例如定子电阻、转子电阻、定子漏感、转子漏感、定转子互感、电机极对数以及转子的转动惯量等是异步电机所固有的参数,需要通过电动机试验进行选定。而对于额定功率、额定转速和额定转矩等动力学参数,需要根据电动机所使用的特定场合进行选定。由于这里是用异步电机模拟汽车发动机作为驱动源,则其动力学参数参照发动机的参数确定则。

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2基于CAN总线技术的煤矿安全监控系统设计

基于CAN总线技术的煤矿安全监控系统共包括三大部分，即煤矿安全监控智能决策与管理系统、矿井网关及多矿井分布式监控子网络，下文分别进行介绍：

2.1煤矿安全监控智能决策与管理系统

煤矿安全监控智能决策与管理系统采用实时在线智能管理控制系统—因特摩系统来实现，其将包含了专家系统、智能搜寻器、自动机器翻译及计算机视觉等技术的智能系统与因特网、通信技术、自动化技术、实时数据处理技术及数据库技术等结合在一起，实现对工业生产现场的智能监控。在煤矿安全生产中应用因特摩技术，可获取更多事故预报的私有知识，以起到预报事故的作用，为安全生产管理者提供更多的参考信息，提高决策管理的针对性，将事故控制在萌芽状态。该模块包括分站监控机、主监控机及分布式系统，井下数据采集系统主要负责采集工作现场的实时数据，经网关提交至各分站监控机智能决策及管理系统，分站监控机分析后，将处理过的信息提交至主监控机与服务器，最终得出相关决策及措施，对应设备接收到相关控制信息后做出反应，实现矿井安全的智能决策与管理。

2.2矿井网关

矿井网关的主要作用是连接以太网及CAN总线。此处采用AT75C220芯片，该芯片具有两个以太网接口，并具备语音处理功能；该芯片嵌入网关，CAN总线通过网关连接以太网，由此可见，该模块中AT75C220处理器是关键部分。该芯片具有双MAC以太网端口及桥接器，用于连接以太网，其DSP语音处理功能可在以太局域网中接入电话。CAN控制器选择菲利浦公司生产的SJA1000、PCA82C250，其支持CAN2.0B通信协议，可实现对总线的差动发送及对CAN控制器的差动接收。以太网TCP/IP协议与CAN协议的转换是通过AT75C220芯片在网络层完成的，并通实现以太网与CAN总线网络的通信及互联。以太网接收IP包，拆包后取出数据，再按照CAN通信协议重新组成帧，发送至接入设备。通过该网关即可实现CAN总线设备与以太网的通信。

2.3井下分布式控制子网

井下分布式控制子网是整个煤矿安全监控系统的核心部分，其包括数据采集系统、各类控制设备及报警设备及分站监控机通信系统。数据采集系统的主要作用是对井下生产及工作环境进行监测，获得原始的现场数据，分站监控机通信系统的主要作用是将井下现场采集的数据与设备的运行状态信息传输至井上。通过单片机、独立CAN控制器所组成的接口模块，井下数据采集设备、各类生产设备、安全设备、控制设备及报警设备等才可实现与CAN总线的通信。井下数据采集设备采集各安全指标模拟量及各个开关状态量后，再通过CAN通信及接口模块将这些数据发送至CAN总线；此外，通过CAN通信及接口模块，井下生产设备及安全保障设备实现了与CAN总线与现场控制及报警器的连接，以便实时监控设备的运行状态。

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二、基于4G通信技术的煤矿无线通信系统

（一）无线移动通信系统架构

针对当前煤矿生产对无线移动通信系统的需求，利用4G中的TD-LTE通信技术来实现高传输速率的宽带无线网络，建立信息化、自动化、智能化于一体的煤矿安全生产管理系统，打破当前煤矿系统安全生产局面，将煤矿井下传感器、视频等各类业务数据进行统一的网络部署，有效解决信息孤岛的问题，确保煤矿安全生产，从而提高煤矿的生产效率。因此，建立基于分时长期演进（TD-LTE）的宽带无线网络，由于基于4G通信技术的无线移动通信系统可以在频谱带宽20MHz下可以实现上行峰值速率和下行峰值速率分别为50Mb/s，100Mb/s，其接入时延可以小于100ms，如表1所示[3]，表示4G通信系统与3G无线通信系统的对比，因此，采用TD-LTE无线通信技术不仅可以满足语音和数据业务的实时传输，也可以有效避免数据丢包、延时等问题。下面对基于4G通信技术的无线移动通信系统进行对比分析：1.基于TD-LTE通信技术的系统架构。TD-TLE煤矿无线通信系统网络总体架构主要由基站、接入网关、BRAS及核心网通信构成，其中，核心网网元可以实现语音通信、数据传输及集群呼叫功能，其主要通过IMS+EPC+DSS集群模式来实现的[4]。2.建立基于TD-LTE通信技术的基站通信系统。将Femto/Pico基站应用于无线通信系统建设中，增强区域的覆盖范围，通过自身的传输网络统一接入到安全网关中，采用IPSEC的方式，以保证网络传输安全。当基站通过提供WLANAP来承载数据业务过程中[5]，其也可以通过PDG直接接入网络来承载数据业务，为了确保提高高质量、高传输速率的数据和语音业务，则可以通过直接接入3GPP核心网来满足不同的产品需求，实现统一的业务活动，建立以SmallCell为基站的网管系统，从而实现下层无线网络通信系统与上层网管系统的对接。3.建立基于IMS+EPC+DSS集群模式的核心网[6]。在系统中设置核心网，其主要作用是提供用户连接、系统管理、网络承载等功能，分析该系统的核心网系统AXUNiEPC-5[7]，其主要依托电信级EPC核心网的优势来实现网元MME、PGW等功能融为一体的模式，该核心网实现了移动办公、遥感业务、监视控制及电子商务等基本业务，其可以为用户提供安全可靠的LTE接入。另外，核心网系统还利应用了IMS系统，其是一种全新的多媒体业务形式，其不仅可以满足多样化的多媒体业务需求，还可以实现LTE语音业务系统，并且DSS核心网可以实现LTE的集群呼叫功能，DSS与EPC相比，其都采用了ATCA架构，并且都可以实现设备小型化的核心网。4.建立综合应用无线通信系统平台。利用分布式高性能计算机框架架构来建立一个安全、可靠、统一的综合应用系统平台，为了构建灵活、适用强的处理平台，应在软件处理平台基础上增加分析处理数据的专用支持工具，如支持LTE、Wi-Fi网络和终端的基站系统[8]，实现数据传输、视频及语音等各类业务，提供统一的数据存储及应用接口，从而实现自动化管理的应用系统。

（二）无线移动通信系统功能概述

1.调度功能。调度系统是煤矿生产的重要通信手段，生产调度员通过利用调度功能来统筹调度所有资源，并对煤矿生产中各种突发状况进行处理，以保证煤矿生产顺利进行。调度功能主要包括生产进程管理、煤矿生产流程整合及资源分配等功能。2.语音业务。其主要包括以下几种业务：第一，移动电话，其可以提供语音通信功能；第二，紧急呼叫业务，当煤矿井下的集群用户发起紧急呼叫，呼叫中心将会做出答复，其类似与电话业务，具有简单方便、快速的特点；第三，主叫号码识别显示业务，其主要功能是提供主叫用户号码给被叫用户。3.集群通信。为了实现用户之间的通信，利用无线集群通信系统来实现自动化的信息共享功能，与公众无线移动通信相比，无线集群通信系统不仅可以提供系统内部的全呼、组呼之外，还可以提高双向通话功能，通过建立优先等级呼叫和紧急呼叫功能，以满足煤矿生产安全部门指挥调度的需求。4.增殖数据服务。在增殖数据业务中，主要包括提供视频通话、物联网接入、手机终端定位、多种数据等业务，其中，对于视频通话，通过手机实时进行无线视频业务，以便于井上工作人员的判断和决策；数据网接入，通过利用3G通信技术来实现终端及无线传感器等接口的采集，并利用物联网提供终端接入；手机终端定位，即利用4G无线通信技术来实现语音通话及矿用无线通信手机终端定位，即通过操作人员携带的手机与基站之间的信号传输来获得操作人员在井下的信息，这样地面上的工作人员则可以通过计算机来了解井下工作人员的信息，其可以确保煤矿井下的安全生产，同时也可以提供实时信息；数据业务，为了满足煤矿井下多种业务对宽带的需求，实现高速分组无线数据业务，并通过智能手机绑定内部系统，实现信息、视频监控及安全生产实时监控等功能，将综合自动化系统应用于系统中，实现组态软件实时显示功能，当煤矿井下出现异常情况，系统将会提供自动报警提示功能。

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2影响煤矿开拓掘进工程效率的因素

巷道掘进是煤矿开采的重要程序，在掘进的过程中，对施工工艺及技术要求较高，施工人员必须具有一定工作经验，还要熟练使用机械设备，保证每道工艺流程的连续性，从而确保巷道挖掘的效率与安全性。通过分析发现，在实际掘进的过程中，其比较容易受到外界因素的营销，下面笔者对这些影响因素进行简单的分析，希望引起施工单位的注意，起到一定警示作用。

2.1掘进设备比较落后

随着科技的不断发展，我国煤矿企业的施工技术水平越来越高，这也促进了煤矿行业的发展，但是我国煤矿企业的发展并不均衡，在一些煤矿企业中，使用的机械设备仍然比较落后，这不利于提高该企业的生产效率，很容易被市场所淘汰。我国的煤矿开采技术，相对于西方发达国家较为落后，很多设备不具备自动化与智能化的功能，而且较容易受到地质条件的影响，在一些地形条件比较差的地区，煤矿开采效率以及质量并不高。

2.2地质条件

地质条件对煤矿资源的开采安全性有着直接的影响，如果地质条件较为稳定、良好，工作面煤岩的硬度合适，那么就能够确保巷道快速掘进的质量与效率，从而实现安全性生产，但若不具有稳定性，瓦斯涌出量过大，那么极有可能在生产过程中出现瓦斯爆炸等安全事故，威胁到技术人员的生命安全。

2.3施工组织管理差，施工者综合素质不高带来的因素

目前，我国正处于经济快速增长期，原煤产量出现供大于求，很多煤矿管理者只注重眼前利益，在施工组织管理不注重科学性，在没有相应的措施下，过度开采煤层，同时，一些煤矿企业的工作人员综合素质低，工作经验不足，没有掌握煤矿巷道的掘进新技术与新工艺，或者掘进设备的性能不熟悉，造成掘进设备的应用率不高，巷道掘进速度不高。

3加强煤矿巷道快速掘进水平的施工技术方法

首先，大力应用超前地质探测技术。地质探测技术对煤矿企业极为重要。准确的测量工作能够保障实现煤矿企业设计目标，能够很好的解决煤矿企业在采煤生过程中出现的新的地质问题，因此，超前探测技术是煤矿企业巷道掘进安全最可靠准确的技术保障。煤矿超前地质探测可以利用钻探、物探及巷探等技术方法，探清煤层的采、掘头面安全距离范围内的地质构造、水文地质状况以及岩层等重要地质信息，预防误揭煤、误透老空老巷积水、误透构造水等现象，同时也能够预防发生瓦斯突出与突水事故，促进煤矿企业安全生产。当前，超前探测所采用的方式大约三种类型，即钻探、物探和巷探。煤矿企业应该结合自身特点，在煤矿采掘前对矿区地质进行超前探测。探测前，要科学编制井下超前钻探设计图纸，制定严密的防突出、防水患、防误透老空等专门举措和应对方案；探测施工要严格按照井下钻探设计图纸进行施工，发现施工与设计图纸有冲突，要第一时间对图纸进行研究，有必要的前提下进行科学变更。要对钻探图纸等资料进行认真的分析和总结，强化矿井的超前探测管理工作。其次，不断改进的施工方法及施工工艺。实践证明，只着眼于完善“常规”的施工方法，尚不足以使巷道掘进速度产生新的跃进，还必须积极推广并进一步研究新的施工工艺和技术，如中深孔爆破，深孔爆破等。最后，加强劳动组织管理，加强施工组织管理。安全是任何一个企业生存和发展的基础和前提，更是煤矿生产的头等大事，是天字号工程。煤矿的第一要务是落实各级安监主管部门颁发的安全生产规程，在安全的前提下进行施工、采矿、掘进。另外，煤矿企业还要根据煤矿岩巷施工技术与机械设备现状，尽力实施多工序平行交叉作业。对每个环节的工序的潜在能力仔细分析，合理的进行劳动组织管理，促进让各个工种协作性、衔接性以及作业循环性，注重过程控制，不断完善质量保证体系。

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2新媒体技术的学习特征与应用场景

2．1虚拟现实技术

虚拟现实技术可以模拟显现那些抽象的或者传统教学环境无法实现的事物，在这样的仿真环境中，学习者可以让时间暂停，以便仔细观察煤矿火灾从隐患出现到酿成灾难的发展轨迹随时间的变化过程;也可以反复演练事故救援等高危险性技能和生产过程中的低概率事件，既能得到最佳处理方案，也可以在虚拟环境中获取实际操作经验;还可以通过交互式数据手套、头戴式虚拟现实眼镜开展煤矿生产实验，体验实时的物理反馈，加深感官印象，检验相关技能的可操作性。目前，这种低成本、高效率的培训方式已经得到煤矿行业的高度重视和广泛应用。

2．2网络教育游戏

相关研究发现，角色扮演法更易于赢得成人学习者的青睐。教育网络游戏“寓教于乐”，将网络游戏的内在机制融入到教育培训领域，利用虚拟现实技术来构建支持合作学习的可视化、多用户虚拟学习环境，并通过真实情景、角色机制和任务驱动机制来吸引学习者参与［2］。安全事故救援是开发煤矿教育游戏的最佳蓝本，在这个游戏中，学习者可以分别扮演救援指挥人员、技术专家、施救人员、被困矿工等角色，而解救被困人员、最大程度减少损失是游戏的最终任务。学习者进入游戏，实际上就是进入了煤矿安全事故救援的现场，通过学习游戏规则，学习者可以获得各个游戏角色应该具备的安全知识和技能。在这个特定的虚拟游戏环境中，学习者独立思考、相互合作、加强沟通，从而获得煤矿事故救援相关的知识和技能。同时通过角色互换，既增强了学习者对救援知识的整体性把握，也有助于学习创造性、团队协作和换位思考能力的培养。

2．3微博和微信

微博和微信作为目前最流行的信息分享和个人交流平台，以文字、图片、音频以及视频等媒介为载体，实现了信息的即时传播、交流和分享［3］。微博和微信在煤矿安全培训领域的应用主要体现在以下几方面:鼓励互动，促进师生间点对点、点对面的指导和沟通。通常，煤矿员工的口头表达能力有所欠缺，微博和微信等新媒体平台避免了面对面交流的压力，学习者可以畅所欲言，分享学习和生产过程中的心得和体会;开展泛在学习，扩展课堂学习。通过微博和微信，学习者可以对煤矿安全领域的专家学者、技术能手“加关注”，跟踪技术前沿，向他们学习最先进的安全生产知识和技能;构建虚拟课堂，推动团队协作学习。通过微博和微信建立虚拟学习课堂，其信息精确传播的特点确保了课堂成员之间共享信息的可靠性，大家群策群力，在交流、讨论、争辩中获取知识和技能、完成学习任务，增强了学习者协作学习的能力。

2．4微视频

煤矿企业生产任务繁重，学习时间很难得到保证，造成了员工学习方式的碎片化和微型化。微视频课程的出现，正好迎合了煤矿员工微型学习的需求［4］。微视频课程是指具有完整意义的教学知识单元或知识点，通常以2～20min的时间呈现，由多个“知识原子”构成的供学习者自控步调、自主学习的微型教学视频资源，具有“短、快、精”的特点。目前，现成的煤矿安全生产微视频课程资源较少，但可以通过以下2种渠道获取:企业外部资源。我国高校建设的诸多精品课程，如中国矿业大学的《采矿学》、《矿井通风与安全》等课程，提供了大量免费的教学录像，同时网络公开课等网络平台也提供了为数不少的教学视频资源，通过技术手段，可以将其改造成适于微型学习的微视频资源，实现课程资源的重复再利用;企业内部资源。煤矿企业不乏技术标兵和资深专家，他们在日常工作中积累了大量安全生产的技能和经验，可以将他们最拿手的技能和知识录制成微视频，既能供员工学习和借鉴，同时对专家本人来说也是一种精神上的激励。

2．5手机二维码

手机二维码开启了煤矿安全培训微型学习的新视角，其学习的流程大致如下:将加载有相应信息的手机二维码印刷在教材或其他培训资料上，也可以印刷于生产设备或相关生产场所，学习者用带有摄像头的智能手机扫描二维码图形，通过手机上安装的二维码识别软件解读出二维码信息，这里的信息可能是培训资源本身，也可能是培训资源的链接网址，学习者只需点击该链接就可获得相关的扩展知识［5］。可以看出，手机二维码在学习过程中充当了连接学习者和培训资源的纽带角色，这样的培训方式特别适合于整体文化水平相对较低的煤矿员工，他们中的大多数人不善于通过网络获取知识，或者从来就没接触过网络，手机二维码正好将所需的知识点推送到学习者面前，使学习具有很强的针对性，极大地拓展了学习者的知识获取渠道。另外，手机二维码精确的定位功能，使学习者能在鱼龙混杂的海量网络信息中有效地定位到自己所需的知识，能有效提高学习者的依赖性。

3新媒体技术培训的效果与展望

3．1新媒体技术培训的效果对比

为了对比以上几种新媒体技术在煤矿安全培训中的应用效果，借助层次分析法来进行定量分析。首先，构造层次结构模型，将整个决策体系分为3层:最高层为目标层，即前文提到的5种新媒体技术的培训效果对比排序;中间层为准则层，包括教育媒介的融合性、信息感知渠道的丰富性、教学组织的开放性、教育形式的多样性和教育互动的即时性等衡量指标。鉴于每种教育技术的存在，其最终出发点都在于提高学员的相关知识和技能，因此将知识积累与技能提升也作为衡量指标之一;最底层为方案层，即可供选择的5种新媒体技术。根据层次结构模型中各要素间的隶属关系，对同一层次各要素关于上一层次中相关联准则的重要性进行两两比较，在问卷调查的基础上构建判断矩阵。邀请专家学者对问卷统计得到的判断矩阵进行评价和调整，以满足一致性检验要求，最终得到7个判断矩阵(数据略)。最后，计算判断矩阵的最大特征值及所对应的特征向量，归一化后作为新媒体技术培训效果的权值，最终得到5种新媒体技术的权重排序。

3．2新媒体技术培训的应用展望

通过上一节的对比分析，可以得到新媒体技术的权重排序依次为:虚拟现实技术(0．4249)、教育网络游戏(0．2604)、微博和微信(0．1879)、微视频(0．0835)、手机二维码(0．0432)，由此说明虚拟现实技术是煤矿安全培训领域最佳的新媒体培训技术，该评价结果与新媒体技术在该领域的实际应用也基本吻合，表明获得的评价结果是合理可信的［6－8］。同时，教育网络游戏与微博和微信的权重值也较高，前者见长于多感官沉浸的角色扮演式教学，后者则有助于学员的即时互动和协作学习，并且它们在其他教育领域也都显示出了令人瞩目的教学效果。另外，微视频课程和手机二维码技术虽然权重值较低，但在学员开展移动学习时拥有优势，随着技术的发展和教育理念的更新，这些新媒体技术必将在煤矿安全培训领域占据一席之地。

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2PLC控制系统的运行原理

输入采样是PLC控制系统的基本环节，决定了控制效率。在输入采样时，用到的设备是扫描仪。该设备全方位地扫描作业面，然后将扫描信息储存起来，之后进行分析、处理。这份数据是单独存在的，不会受到后期扫描数据的干扰，所以，应妥善保存，以免其丢失。当输入采样完成之后，PLC控制系统将会利用梯形模式图分析扫描到的信息，以确定扫描用户程序，最后将处理结果显示在计算机界面上。此阶段需要注意的是，计算要有先后顺序，不能随意安排顺序。另外，还应保证输送到控制系统数据的真实性，以避免数据不准确对控制命令产生负面影响。同时，前面2个阶段的运行工作完成之后，就要转入数据刷新阶段。控制系统会总结前2个阶段扫描到的信息，并以结论的形式输出。

3PLC技术的应用

在安装主站时，要事先制订好设计方案，要保证煤矿机电设备安装路线新颖，不能沿袭之前的老套路。只有这样，才能充分发挥控制系统的作用。当线路安装好之后，直接将主站控制屏与机电设备相连接，以便于对其全面控制。合理布置信息数据收集设备，保证设备运行信息能及时被收集起来，这对于及时了解设备运行状况具有重要的意义。在带式输送机运行中，如果信息收集设备布局合理，就可以及时收集、分析和处理其运行情况，为之后的维修工作提供重要的数据支持。此外，还要合理设置PLC控制系统的报警信号。在煤矿开采过程中，经常遇到设备出现故障的情况，这时，就需要报警信号来提示，保证维修人员在第一时间内赶到，以保证设备的正常运行。传统的警报信号通常是由电铃或者蜂鸣报警器发出的，由于采煤现场的噪声大，信号不易被工作人员所察觉，所以，很容易延误了设备的维修。PLC控制系统采用新型的报警信号，并将其安装在集控启停设备中，由专业人员专门管理，当出现报警信号时，由他们处理，进而保证了避险的及时性，有效地减少了人员伤亡。PLC控制系统通常采用梯形图形完成程序的控制。该控制形式应用了简单的操作程序，所以，其使用简单，便于掌握，并且能随时切换，也就是说，它具有灵活性较高、对环境适应性较强的优点。此外，它还具监控功能。在煤矿机电设备运行过程中，能够全面监控，并全面掌控运行过程中出现的问题，比如发热情况、运行速度等。如果运行设备出现故障，那么，监控设施便会自动发出警报信息，尽快通知操作人员，有效地降低了设备出现故障的概率。另外，监控系统还具有自动记录的功能，可以全面记录机电运行中的情况，以便顺利完成日后的维修工作。在使用PLC控制系统之前，应了解与该系统有关的几组关键性数据，主要包括以下2点：①在实际运行过程中，将刷新频率设置为0.5s，以确保对该系统的有效控制。在绞车运转时，系统便会以0.5s为刷新时间，自动获取开关的触碰频率，并予以保存，之后再转换，以便准确计算绞车的运转速度。当绞车运转速度计算好之后，就要确定它的运转方向。绞车运转之后，同时使用2个计数器记录触碰次数，以便确定有效碰撞。通常情况下，在5s之内，2个计数器相互控制，以记录按钮2次变化的时间。由于绞车在接触之后会产生吸引力，使自身稳定上升，所以，要在5s内确定按钮启动次数，以此完成对绞车上升和下降的控制。②对运行环境的要求。PLC控制系统也有合适的运行环境，当环境温度在0～55℃时，能保证其高效运行；当温度高于55℃或者低于0℃时，系统就很容易出现故障，从而影响对煤矿机电设备的有效控制。比如，在低于0℃的环境下，PLC控制系统的运行速度将会降低或者出现崩溃的情况。所以，在控制煤矿机电时，应对适当控制采区的温度，尽量接近系统高效运行的温度。也就是说，运行温度在0～55℃之间，才能保证系统稳定、高效地运行。

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一、概述

煤矿机电一体化产品是把各项高新技术融于一体的高科技产品，其主要技术包括：微电子、计算机、自动控制、人工智能、传感产品可靠性等等，这些都是科技高速发展的热门技术。在煤矿企业中，开始利用机电一体化技术对煤炭系统进行改造旧设备和开发新产品，并取得了巨大的成功，这让人们清楚地意识到，机电一体化技术和产品的发展是实现高效、安全、机械化采煤和煤矿机电产品更新换代的重要途径。

二、煤矿机电一体化技术产品的应用

2.1矿井运输提升产品的应用在煤矿生产中，因为现代化煤矿发展的需要，对煤矿机械化采煤提出更高的要求，那么随之对井下、井上的运输和提升系统的要求也就越来越高。如今，对于国外一些采煤技术比较先进的国家，煤矿井下大巷的运输系统大多是采用带式运输机，他们基本上是采用直流式交流变频装置驱动方式，主要以电力电子器件为核心。在英国和意大利等国家，高性能、高可靠性的磁阻电机在煤矿提升系统中也得以应用。还有德国自主研发的内装式交——交变频调速提升机，它采用机电一体化技术把电机和滚筒做成一体，这样的融合技术不论在机械结构设计方面还是在电气控制系统方面在世界上都处于领先地位。

在我国，大多数煤矿井下生产已经实现了皮带化，采用大巷强力带式运输机运输的方式也非常普遍。另外，计算机控制系统发展也非常迅速，它们具有很多种及时故障诊断和自我保护等功能，如应用过程中的轴承温度、倒转、跑偏及断带等故障，可能在某些方面没有面面俱到，在使用上还不能满足一些功能，但是从发展的角度看问题，这的确是一个很好的开始。目前，我国直径在两米以上的提升机有1700多台，其中90%为交流提升机，并且均是采用转差功率消耗型的转子串电阻调速，电控系统部分绝大多数仍采用继电器——接触器系统，只有一小部分采用可控制编程器。直流提升机多数为发电机拖动，虽有部分可控硅供电系统，也均为模拟量控制。而PLC可编程控制器使用比较简单，程序设计起来也比较容易，不需要一些复杂的输入输出接口装置，抵抗外界的干扰能力也很强，因此，它能在环境比较恶劣的情况下进行长时间工作。

2.2综合机械化采煤1970年，我国自主设计制造装配了第一套综合机械化采煤工作面，并在大同矿务局进行试验使用，一直试验使用到80年代后期，这项技术的使用标志着我国的煤矿综合机械化采煤有了重大的突破性发展，推动了煤矿自动化的发展进程，同样，采煤机也由液压牵引开始转向电牵引；液压支架的控制系统也逐渐向计算机化发展，以计算机为核心，采用电液控制，移架自动化得以实现。另外，对工作面刮板运输机也进行了微机监控装置的配置，实现计算机自动化控制。机电一体化技术在综合机械化采煤中的应用，使设备动作趋于协调，且安全性、可靠性大为提高，操作性能更加完善，为煤炭企业带来了更高的经济效益。

2.3矿井安全生产监控系统从多数煤矿使用监控系统的效果来看，还存在一些问题，但是主要问题是传感器的不足，并且使用过程中，其稳定性相对较差，使用寿命不足，一些研究所和使用单位在这方面进行了大量的研究，对一些关键技术也实施多次再设计改进措施，但仍然没有得到预期的效果，因此这些在实际现场应用率不是很高。在国外，由于计算机网络软硬件技术发展很快，运行速度和质量也在不断提高，传输介质由同轴电缆发展到光缆，信息媒体由字符发展到声像，煤矿的安全监控系统有了很大的发展，他们的机电一体化技术在监控系统上的应用已有了非常高的水平。我国煤矿安全生产监控系统是煤炭行业内部机电一体化技术推广应用最快的产品，一些高校、科研所和企业正在研究和生产煤矿安全生产监控系统。

三、对我国煤矿机电一体化技术的思考

在20世纪，我国煤矿机电一体化技术(产品)取得了较大的发展，机电一体化技术应用到了煤矿每个环节，但相对国外先进煤矿还是比较落后的。因此，要让我国煤矿机电一体化技术达到世界先进技术水平，必须掌握信息时代机电一体化技术的特点和相关技术发展的动态。:

应提高我国煤矿机电一体化产品的规范化、标准化、系列化和通用化的程度；以计算机为机电一体化的核心装置，因为计算机运算和存贮能力非常强，且体积和功耗小，更加适合于工作空间狭小的煤矿机电一体化产品，在设计煤矿机电一体化产品时，应尽可能的选用功能强大的嵌入式计算机，从而保证工作性能更可靠；对于新开发的煤矿机电一体化产品应具有通信功能，同时，要选用很好的开放性和高可靠性的通信模块，方便与控制网络进行连接通信控制；煤矿机电一体化产品需要达到智能化发展水平，能判断机电设备和周围环境的状态，使设备能自动适应环境并以最优的状态工作，同时能快速地对所采集的参数进行分析，从而对故障进行诊断，再根据这些诊断结果对以后工作过程中的故障进行预测；要对矿用传感器进行深入研究和开发，提高矿用传感器的可靠性和使用寿命，同时考虑传感器的数字化、集成化、智能化和多维化，使矿用传感器在比较恶劣的工作环境下进行信号的测量，并保证其测量准确度，并具有自校正、自诊断、状态识别和自我调节等功能；要关注国内外高新技术的发展，将那些适于煤矿井下工作环境的高新技术用于煤矿机电一体化产品，从而提高煤矿现代化，达到煤矿自动化生产。

四、结束语

煤矿机电一体化技术是煤矿综合自动化的发展基础，更是煤矿企业信息化建设的重要支撑技术，煤矿机电一体化技术在采、掘、运、装备等方面的应用和推广，大力地推动我国煤矿综合生产力，同时，为实现安全、高效、洁净、结构优化的现代化、高科技煤炭工业生产打下了坚实的基础。

参考文献：

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（二）利用液体黏性制动器液体黏性制动气作为一种新兴的转动技术，出现于上世纪70年代，利用主动摩擦装置和从动摩擦装置，形成的里能够促进转动，然后能够同步主动轴和从动轴，并保护转动系统，避免过载现象发生。与液力耦合器相比，该装置体积更小、效率更高，但也存在一些缺点：一是，这种装置要有效控制自身体积，严格限制两个摩擦片之间的距离，使黏性转动次数受到限制。另外，启动转动系统也会被电动机转动影响；二是，开启液体黏性软启动设备，通过摩擦力，两个摩擦片能够持续转动，转动效率受阻，还会增加发热量[3]。在工作运行中，可以持续供应摩擦片的能量，减少摩擦片之间的阻力，确定两个摩擦片的相对摩擦力始终存在，但是这种方法容易出现能源损耗，增加企业的生产成本；三是，需要采用多点驱动应用煤矿机械电子设备，并在电动机运行中，保证均衡的输出功率。

二、软启动转动技术的发展趋势

近几年，在分析功率大的软启动技术过程中，得出一种全新的机电自动化转动设备，从采用技术来看，这种设备与国内外现有软启动传动装置有明显区别，这种设备在一定时间内被称为双向电机差速软启动设备，这种装置能够对软启动技术中的很多问题进行处理，确保功率大的机械电子设备能够实现软启动和停止，速度能够大范围调整，并进行自我超载维护，平衡驱动功率[4]。通过这种软启动技术，功率大的电动设备在理论上电流为零，是一种真正的空载启动，能够对节省电能消耗，周围电气和其他设备的使用时间得到相应延长，一些开关和变压器的选择标准有所降低，还能将用户的初期投资节省一部分。

软启动传动系统的重要构成有功率较大的主电机和功率较小的副电动机。从结构上分析，减速设备的输入轴和主要电动机的输出轴能够用联轴器产生联系，特定结构的太阳轮通过输入一段进行连接，行星轮和内齿轮圈是太阳轮的主要驱动设备，可以用来输出动力。软启动技术的特征是在内部圈轮差动基础上固定蜗轮，运用机械运转模式，连接蜗杆和副电动机，运行软启动技术设备后，通过小型变型设备和数字电机控制设备，这些没有极点的速度调控器能够辅助电动机运行，令电动机能够经过主电动机转动，并确保其空载转动，连接主电动机电源。所以电动机与预期转速一致，连上电源之后，电动机的启动电流不大。

工作人员应首先明确输出轴的软启动技术速度，然后将辅助电动机的速度和内圈齿轮速度降低，保证主电动机的动力能够想输出轴相接的机械负载上逐渐转移，以此实现机械电子设备的软启动技术。与此同时，采用主电动机和辅助电动机的速度相结合，保证满足机械电子设备的软停车应用条件，运用多点驱动模式，比较设备中各主电动机输出的功率大小，对相应的副电动机的运行速度进行严格控制，确保多台电动设备能够匀速运转，并且安全可靠运行，然后有效解决电动机特性不相符的转动矛盾。这种软启动装置还有以下优势:传动效率高、发热量小、维护成本低等。

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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。

1.2矿井提升机中的应用矿井提升机是一种实现机电一体化较好的矿山大型设备，全数字化，交、直流提升机。特别是内装式提升机，从结构上将滚筒和驱动合为一个整体，大大简化了机械结构，是典型的机电一体化设备，充分体现了机械-电力电子-计算机-自动控制的综合体。全数字提升机高度可靠，具有可重复性故障寻址、完整的诊断设施和自诊断功能，以及简单而快速的通信功能；它采用总线方式，大大简化电气安装；硬件配置简单，互相兼容，零备件少；可以方便地实现软启动、软件控制和改变瞬间加速度。

在我国“九五”计划期间，国产全数字化直流提升机已成为各煤矿提升机的首选机型。我国研制成功的具有自主知识产权的全数字化直流提升机的核心部分ASCS是由双CPU构成的计算机系统。除此之外，我国还用SIMADYND和S7研制成功了第一台交-交变频器供电的交流提升机。2000年11月，该系统在焦作古汉山矿投入运行，情况良好。提升机由于采用了计算机技术，其安全保护系统更为完善。该系统的主要特点是:采用两台计算机装置，每台都有自己独立的测量、传感装置和数据处理系统。这两台计算机同步工作，互相检测，互为备用，对提升行程实现直接测量和间接测量容器位置相结合的方式，对两者进行比较、校正，实现行程自动控制。由于采用了计算机对安全回路、制动回路、电源和驱动回路进行实时检测，实现故障记忆，因此极大地提高了提升机安全性能。

1.3井下带式输送机中的应用在我国“八五”计划期间，通过国家一条龙“日产万吨综采设备”项目的实施，极大地提高了带式输送机的技术水平，煤矿井下用大功率、长距离带式输送机的关键技术研究和新产品的研发也取得了很大的进步。如大倾角长距离带式输送机成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机等均填补了国内此项技术的空白，并对带式输送机的关键技术及其主要元部件进行了理论研究和产品开发，成功的研制了多种软起动和制动装置以及以PLC为核心的可编程电控装置、驱动系统采用调速型液力偶合器和行星齿轮减速器，目前我国已经自行生产制造了多个品种和多种类型的带式输送机。

2结束语

随着煤矿生产不断向深部水平发展，对控制水平和规模的要求越来越高，从而又加速了机电一体化技术的发展和进步，目前各种高新技术的发展，如网络、光纤、人工智能及生物工程等高新技术已渗入到机电一体化技术之中，使机电一体化产品功能更强大、性能更优越，使机电一体化产品功能越来越强，智能化程度也越来越高，因此采用新的机电一体化技术装备的煤矿，能够使企业获得更加显著的技术、经济和社会效益，这也是一个煤矿企业循环促进不断发展的过程。

摘要：机电一体化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。它是企业信息化的重要支撑技术,是矿山综合自动化的基础。机电一体化技术在煤矿采、掘、运装备的应用和推广,极大地提升了我国煤矿生产的综合实力,为实现高效、安全、洁净、结构优化的煤炭工业生产打下了扎实的基础。本文对煤矿机电一体化技术在我国的应用进行阐述。

关键词：煤矿机电一体化技术

参考文献：

[1]张莉.机电一体化技术在煤矿中的应用[J].山西煤炭干部管理学院学报.2007.(1):88.