煤礦掘進機保護裝置的多層次系統與優化

楊 開

我國作為以煤炭資源為主要能源依靠的大國，主要以山西、內蒙為主要采區，新疆的煤炭儲備量位居全球前列，由于技術問題，沒能開采。所以煤礦技術的革新和完善對我國能源結構顯得尤為重要。再者，雖然煤炭的黃金十年已經成為過去，并且也經過了低迷，這對于煤礦人既是挑戰，也是機遇，身處煤礦發展的轉折期，面臨的主要問題就是技術的革新與完善，建設節約、綠色、高效的新煤礦是新時期的需求。

1 掘進機簡介和發展現狀

礦用掘進機主要是用于開鑿平直地下巷道的礦用設備。主要由工作機構、行走機構、裝運機構和轉載機構構成。行走機構帶著整個掘進機往前行進，工作機構上的刀頭不斷地切割煤炭和巖石，切下來的巖石將被運出掘進工作面。我國的煤礦掘進主要是懸臂式掘進機（如圖1）和錨桿鉆機配套作業（煤巷綜合機械化掘進）。我國巷道掘進還會根據井下地質構造、地形結合鉆爆法進行掘進。掘進機的優勢是高效，不會過度破壞巖石結構，有效保護巷道結構的穩定性。缺點是結構復雜，能耗高。瑕不掩瑜，即便是未來的煤礦生產，煤礦掘進機也必將扮演不可替代的重要作用。

圖1 懸臂式掘進機外觀圖

2 人員保護裝置的原理介紹

裝置主要由人體熱量感應器、紅外感應器、可編邏輯控制器（PLC）和警報裝置組成（紅綠黃指示燈和語音提示喇叭），當人員由于不注意安全操作和人為的違規操作時，進入危險區域，會引起機頭上方的幾個感應器的異常反應，反饋給編程好的邏輯控制器，從而給出語音和紅燈警示，并反饋給掘進機電源控制回路，停止機械運轉，從而保障人員不會被機器傷害。系統原理如圖2，感應器安裝位置如圖3。

圖2 人員保護系統原理圖

3 人員保護系統工作狀態介紹

（1）在正常工作狀態下，保護系統的所有開關都處于閉合狀態，一切照常運轉。當掘進操作人員進入感應器設置的危險區域內時，只要一個感應器感應到了，所對應的開關馬上呈現斷開狀態從而導致控制器收到信號反饋到警示裝置（語音提示和紅燈閃爍），語音提示危險狀態。還將反饋給掘進機工作電源控制回路，電機停止工作，從而起到保護作用。

圖3 感應器設置的建議安裝位置簡圖

（2）在操作人員聽到看到警示信號，意識到處于違規操作時，及時離開操作危險區域時，邏輯控制器會控制警示裝置呈現黃燈閃爍，語音提示離開危險區域，即將進入正常狀態。此過程是非安全和安全狀態的過渡期，時間由控制器提前根據需要設定。這個階段主要是給人員一個接受緩沖期。

（3）當人員回到安全工作狀態下，控制器將反饋給警示裝置安全信號，警示燈顯示綠燈，語音提示可進行正常生產。控制器還將信號反饋給掘進機的電源控制回路，電機正常運轉，掘進機恢復正常工作狀態，正常生產。

（4）可編程邏輯控制器（PLC）接線方式和原理以及幾個技術要點（注意點）。

1）可編程邏輯控制器（PLC）暫時采用FX2N-16MT型號的控制器。如圖4中1＃～4＃代表紅外感應器，5＃代表人體熱量感應器，原理就如上文所述，實現多層次保護，有效保障人員安全。

2）人員保護裝置的幾個技術要點（注意點）和建議。

①由于保護裝置的不可容錯性，可編程邏輯控制器的IO接口應采用光電隔離處理，防止其它光電設備對他的干擾從而導致的掘進機異常停止，影響掘進進程。

②紅外傳感器的感應距離和人體熱量感應器的感應距離應根據實際要求設定不同的值，從而形成多層次的保護。

③單獨配置該裝置的電源，以保證獨立于其他系統，實現系統的穩定性。建議雙電源控制，一個工作，另一個備用。

④由于該裝置的應用環境特殊，應用于井下，環境潮濕，且在可燃氣體環境下，必須符合本安型要求，采用隔爆開關等，做好設備的防水防潮處理，防止由于受潮導致的系統反應遲鈍、失效等問題，或者是短路導致的反應過于靈敏，導致該系統影響掘進機工作系統的正常工作。

⑤原則上來說，該系統只是掘進機系統的輔助部件，它的存在不得破壞掘進機的正常生產。

⑥該系統最大的難點在于克服干擾的能力，由于是多層次控制，一個環節的問題都會使整個系統出現問題。所以對于傳感器的選擇就尤為重要。需要在實驗和實際生產狀態下調試到最優狀態。

圖4 可編程邏輯控制器（PLC）接線圖

4 總結

由于煤礦生產趨勢的要求，安全綠色生產已經成為一種必須要求，為了人員和設備安全，安全方面的技術要求愈加嚴格，本文針對綜合掘進工作面的人員安全提出的人員安全系統，本著合理、科學、經濟和最重要的安全的理念，將自動控制原理應用到生產中，有效保證了掘進機操作人員的安全，并且該系統的體積小，成本較低，效果好，大大提高了生產的安全系數，符合煤礦發展理念，必定能更好地服務煤礦正常生產。