機電自動化技術在煤礦掘進工作面中的應用研究

高亞超（陜西延長石油巴拉素煤業(yè)有限公司，陜西延安719013）

機電自動化技術在煤礦掘進工作面中的應用研究

高亞超（陜西延長石油巴拉素煤業(yè)有限公司，陜西延安719013）

針對煤礦綜掘工作面自動化水平滯后于綜采工作面的現(xiàn)狀，本文對綜掘工作面自動化技術進行了總結研究。

機電自動化；煤礦；掘進工作面；應用

目前，煤礦掘進和回采裝備技術都得到較快發(fā)展，但是在自動化發(fā)展方面，綜掘工作面落后于綜采工作面，而且這種情況已影響到煤礦生產(chǎn)的整體效率。為此必須加大對綜掘工作面自動化技術的研究和開發(fā)力度。煤礦掘進工作面自動化應包括生產(chǎn)高效和安全可靠兩方面。生產(chǎn)高效主要解決掘錨機組自動化、運輸自動化以及系統(tǒng)集成等問題，安全可靠則應實現(xiàn)工作面振動、瓦斯、粉塵、煤塵以及探水、通風等監(jiān)控自動化。

1.掘進機自動截割技術

掘進機自動截割可通過實時獲取截割頭空間位置坐標、自動截割導航和截割軌跡實時調(diào)整來完成，并利用數(shù)控加工技術、運動控制技術和傳感器技術來實現(xiàn)［1，2］。掘進機在巷道中的工作位置分為對心和偏心兩種狀態(tài)，處于后一種狀態(tài)時掘進機受到不平衡傾覆力矩影響，振動和噪聲都很大，故應采用前一種狀態(tài)。通過合理設置截割斷面參數(shù)和切割軌跡參數(shù)確保截割頭按照預設軌跡完成截割。再利用DSP運動控制器實現(xiàn)閉環(huán)控制，以提高系統(tǒng)控制精度。例如截割斷面尺寸的確定，首先根據(jù)理論截割范圍，即以回轉臺為中心的切削球面在巷道橫斷面上的投影，也就是一個圓形，只要實際截割范圍在該圓形內(nèi)，掘進機都能在改變工作位置情況下完成一個工作循環(huán)的截割。將截割參數(shù)存于DSP內(nèi)，就能確定工作路線及工作循環(huán)次數(shù)。

2.掘進機自動糾偏技術

掘進機在完成截割落煤、裝煤和運煤一個循環(huán)，進行下一個自動截割之前要進行自動糾偏操作，使掘進機沿巷道中心線前進［3］。掘進機前行是否滿足設計要求，主要通過方向和位置進行判別。判斷掘進機方向的元件是三維電子羅盤儀，通過檢測掘進機行進方向與地磁正北方向的夾角，即可確定掘進機中性線與巷道設計中心線角度偏差，再利用激光指示儀指向，可控制掘進機沿設計目標前進。判斷掘進機中性線與巷道設計中性線位置偏離的執(zhí)行元件是超聲波測距傳感器，左面設置2個，右面設置3個。利用超聲波回聲測距以及精確測量時差就能夠測出傳感器與目標之間的距離，再通過二軸傾角傳感器檢測機身與水平面之間的俯仰角以及機身側傾角控制掘進機沿有利位置前進。利用行走馬達、比例電磁閥及PLVC控制單元可調(diào)整掘進機行進方向和位置。

3.掘進機煤巖識別技術

煤層和巖石硬度上的差別反映在掘進機截割負荷的差異，具體到截割作業(yè)，截割煤層與截割巖層時截割電機的電流、旋轉油缸壓力、升降油缸壓力以致速度等參數(shù)都會發(fā)生改變，依據(jù)同一巷道截割不同層面下煤與巖石的參數(shù)值，就可以對煤、巖界面進行判別［4］。截割過程中底板、頂板和兩幫可依據(jù)這個原則進行識別。例如沿底板截割時，如果截割軌跡在底板以上范圍遇到的巖石可判斷為夾矸，這種情況下可通過控制電磁比例閥降低進給速度繼續(xù)截割；而在底板以下范圍遇到巖石可判斷為底板，可不斷抬高截割頭進行水平截割嘗試，直至發(fā)現(xiàn)煤層。

4.掘進機監(jiān)控技術

掘進作業(yè)過程中，通過對施工現(xiàn)場進行實時監(jiān)控，可及時而準確掌握工作面信息（如孔隙水壓力、掘進速度等），再經(jīng)過計算機模擬，為工作人員作出合理決策創(chuàng)造條件［5］。自動監(jiān)測一般依靠上位機采集可編程控制器數(shù)據(jù)，再由組態(tài)軟件實現(xiàn)監(jiān)測，其功能包括參數(shù)顯示、數(shù)據(jù)存儲與處理、屏幕顯示等。上位機采用PC機，下位機采用現(xiàn)場從站和PLC控制系統(tǒng)。再利用相關軟件實現(xiàn)人機交互、地表沉降量預測等功能。

5.掘錨一體化技術

傳統(tǒng)臨時支護施工采用“一掘一支”即掘進與支護分開進行的方法，嚴重影響綜掘效率，而且工人勞動強度大，操作安全系數(shù)低。掘錨一體化技術就是在掘進機上配套錨護裝置，不退機完成頂幫錨桿（錨索）支護。該裝置由頂架、升降油缸、伸縮油缸、分流集油閥、換向閥及管路等組成，利用掘進機自身的液壓系統(tǒng)，通過液壓閥切換到支護油路完成支護操作。支護完成后，再通過液壓閥切換到掘進作業(yè)油路［6］。支護操作不干擾掘進作業(yè)，切換簡捷可靠。

6.運輸自動化技術

一般在掘進工作面工作室對輸送機進行集中控制，由控制器對掘進機狀態(tài)、帶式輸送機電機開關、除塵風機開關等信號進行聯(lián)鎖控制，利用多功能終端采集輸送機機尾跑偏、堆煤、電機電流、溫度、速度等數(shù)據(jù)，根據(jù)設定的控制模式，出現(xiàn)故障時控制器自動作出包括急停、擴音電話通知等控制功能，實現(xiàn)運輸自動自動化。

7.通風監(jiān)控系統(tǒng)

掘進工作面通風安全是煤礦安全生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，為了在地面就能及時準確地了解各工作面的通風狀況，并進行實時