機電自動化技術(shù)在煤礦掘進工作面中的應(yīng)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(shù)在煤礦掘進工作面中的應(yīng)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(shù)進行了總結(jié)研究。

機電自動化；煤礦；掘進工作面；應(yīng)用

目前，煤礦掘進和回采裝備技術(shù)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(shù)的研究和開發(fā)力度。煤礦掘進工作面自動化應(yīng)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(yīng)實現(xiàn)工作面振動、瓦斯、粉塵、煤塵以及探水、通風(fēng)等監(jiān)控自動化。

1.掘進機自動截割技術(shù)

掘進機自動截割可通過實時獲取截割頭空間位置坐標(biāo)、自動截割導(dǎo)航和截割軌跡實時調(diào)整來完成，并利用數(shù)控加工技術(shù)、運動控制技術(shù)和傳感器技術(shù)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(yīng)采用前一種狀態(tài)。通過合理設(shè)置截割斷面參數(shù)和切割軌跡參數(shù)確保截割頭按照預(yù)設(shè)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(zhuǎn)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(shù)

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(shè)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(shè)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(shè)計目標(biāo)前進。判斷掘進機中性線與巷道設(shè)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(shè)置2個，右面設(shè)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(biāo)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(cè)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(shù)

煤層和巖石硬度上的差別反映在掘進機截割負(fù)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(zhuǎn)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(shù)

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(zhǔn)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(guān)軟件實現(xiàn)人機交互、地表沉降量預(yù)測等功能。

5.掘錨一體化技術(shù)

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(yán)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(shù)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(shù)

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(guān)、除塵風(fēng)機開關(guān)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(shè)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(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)

掘進工作面通風(fēng)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(zhǔn)確地了解各工作面的通風(fēng)狀況，并進行實時