機電自動(dòng)化技術(shù)在煤礦掘進(jìn)工作的應用論文

機電自動(dòng)化技術(shù)在煤礦掘進(jìn)工作的應用論文

　　【摘要】煤炭開(kāi)采行業(yè)對于我國經(jīng)濟社會(huì )的發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用，那么如何在掘進(jìn)工作面中，合理應用我國引進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)，成為相關(guān)技術(shù)人員以及企業(yè)的關(guān)注焦點(diǎn)。本文主要闡述了我國煤炭行業(yè)的現狀、煤炭掘進(jìn)面機電自動(dòng)化技術(shù)，以及機電自動(dòng)化技術(shù)在煤炭掘進(jìn)工作面的具體應用，以供技術(shù)參考。

　　【關(guān)鍵詞】煤炭；機電自動(dòng)化技術(shù)；煤炭掘進(jìn)面

　　近年來(lái)，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，煤炭開(kāi)采技術(shù)也得到了極大的發(fā)展，特別是煤體開(kāi)采的自動(dòng)化水平顯著(zhù)提高。但是我國煤炭的綜合掘進(jìn)工作面技術(shù)遠遠要落后于綜合開(kāi)采工作面的技術(shù)，這大大影響了煤礦的整體工作效率。此外，我國煤礦生產(chǎn)過(guò)程的環(huán)境比較惡劣，時(shí)常發(fā)生安全事故。而機電自動(dòng)化技術(shù)應用在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，能極大地提高煤礦生產(chǎn)效率和生產(chǎn)安全，所以必須加大對綜掘工作面自動(dòng)化技術(shù)的研究，從而促進(jìn)綜掘工作面向安全、高效方向發(fā)展。

　　1、煤礦掘進(jìn)工作面自動(dòng)化系統

　　目前我國煤礦開(kāi)采已經(jīng)進(jìn)入到深井作業(yè)，煤礦掘進(jìn)工作中需要使用大量的生產(chǎn)設備，但是這些生產(chǎn)設備對生產(chǎn)環(huán)境要求很高，如果環(huán)境沒(méi)有達到生產(chǎn)的標準，那么就會(huì )影響設備的正常運轉。自動(dòng)化技術(shù)應用在煤礦掘進(jìn)工作面中，可以準確的測量出掘進(jìn)工作中的各項參數，從而形成掘進(jìn)自動(dòng)運轉。在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，掘進(jìn)面是一項復雜的系統工程，想要實(shí)現掘進(jìn)自動(dòng)化生產(chǎn)，則必須將煤巷看成一個(gè)整體，將煤巷掘進(jìn)當作一個(gè)控制的對象，它的輸出是根據斷面的要求成形的原煤和煤巷，煤壁當成一個(gè)目標。同時(shí)還要考慮到煤礦生產(chǎn)當中的一些信號，這些信號有可控的也有不可控的，而這些信號又關(guān)系到煤礦的通風(fēng)、排水、運輸、瓦斯監控等等。

　　1.1自動(dòng)化系統的應用范圍。我國煤礦資源豐富多樣，且地質(zhì)條件相對復雜，煤層深處最淺不足一米，最深長(cháng)達幾十米，煤礦掘進(jìn)主要采用的是單巷掘進(jìn)模式。在煤礦的煤層厚度處于零點(diǎn)幾米到幾十米之間的范圍內，相關(guān)煤礦的巷道主要是以單巷進(jìn)尺應用技術(shù)。那么，我國煤礦當前使用的綜合機器如轉載機、懸臂式掘進(jìn)機、通風(fēng)除塵機等，于這類(lèi)先進(jìn)化配備而言，懸臂式掘進(jìn)機是重要配備機器之一，其工作任務(wù)主要是對于掘進(jìn)作業(yè)面施行采煤、割煤以及裝煤。因此，為促進(jìn)煤巷掘進(jìn)工作面智能化技術(shù)的發(fā)展，務(wù)必對掘進(jìn)工作面進(jìn)行智能化的探究，并需以煤巷懸臂式掘進(jìn)機為主。煤礦生產(chǎn)環(huán)境惡劣，自動(dòng)化技術(shù)的應用對于煤礦的生產(chǎn)至關(guān)重要，能夠改變傳統的工作模式，提高生產(chǎn)效率，提高經(jīng)濟效益。

　　1.2自動(dòng)化系統模型。根據上述自動(dòng)化技術(shù)應用范圍的探析可明確，自動(dòng)化系統的構建需要解決以下問(wèn)題：一是確保掘進(jìn)與支護操作的自動(dòng)化、平行化，確保兩者可同步進(jìn)行；二是確保質(zhì)料輸送與原煤的持續自動(dòng)化同步進(jìn)行；三是確保安全系統的自動(dòng)化。同時(shí)滿(mǎn)足這些條件，才能夠確保自動(dòng)化系統的完美配合，使得整個(gè)系統高效運行，提高生產(chǎn)效率。那么我們也需要開(kāi)展創(chuàng )新技術(shù)，通過(guò)系統模型來(lái)實(shí)現掘進(jìn)工作面自動(dòng)化控制系統。采用系統模型能有效促進(jìn)自動(dòng)控制程序的各個(gè)部分在工藝、構造等環(huán)節均可互相合作，相輔相成，在性能中的運用也可以起到推動(dòng)的作用。和諧配合，最終促使全部控制系統可以達到高效性。穩定性的運轉，但是要想完成掘進(jìn)工作面自動(dòng)控制系統，就要使技藝一直改革，同時(shí)也要把各個(gè)方面的技藝融合在一塊。

　　2、機電自動(dòng)化技術(shù)在煤礦掘進(jìn)工作面中的應用

　　煤炭掘進(jìn)工作面自動(dòng)化系統主要包括高效生產(chǎn)和安全生產(chǎn)兩個(gè)方面。其中高效生產(chǎn)主要是依靠掘錨機組的運輸自動(dòng)化和集成系統等問(wèn)題，安全生產(chǎn)則是利用掘進(jìn)工作面自動(dòng)化技術(shù)工作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)、粉塵、瓦斯、通風(fēng)等問(wèn)題。

　　2.1巖層識別技術(shù)。巖層的識別直接影響煤礦開(kāi)采的效率，而采煤掘進(jìn)機截割負荷大小的差異直接影響煤層和巖層硬度識別能力，具體體現在掘進(jìn)機截割作業(yè)的運行速度上。當掘進(jìn)機對煤層和巖層進(jìn)行截割的時(shí)候，截割電流、油缸旋轉和升降壓力的變化都會(huì )影響從而影響對煤層和巖層的識別，掘進(jìn)機對巖層和煤層的識別功能通過(guò)同一巷道截割不同參數從而對煤層和巖層界面進(jìn)行判斷，在掘進(jìn)機截割中，頂板和底板會(huì )依據巖、煤層的參數對其加以識別。比如當掘進(jìn)機沿著(zhù)底板進(jìn)行截割時(shí)，若截割的軌跡在底板以上形成，在其遇到巖石后可以判斷為夾矸，此種情況下作業(yè)員只要通過(guò)調節電磁比例閥就會(huì )繼續進(jìn)行截割；如果在截割底板下面遇到巖石則可以判斷為底板，可以通過(guò)天宮截割頭進(jìn)行作業(yè)，直到發(fā)現煤層為止。

　　2.2自動(dòng)截割技術(shù)。采煤掘進(jìn)機在作業(yè)時(shí)，自動(dòng)截割技術(shù)與數控加工技術(shù)、傳感器技術(shù)、運動(dòng)控制技術(shù)等結合起來(lái)，可以實(shí)時(shí)獲取截割頭空間位置坐標、截割軌跡和導航，并根據這些數據信息調整掘進(jìn)機作業(yè)。掘進(jìn)機在巷道作業(yè)時(shí)的狀態(tài)分為偏心和對心兩種，掘進(jìn)機處于對心作業(yè)，只要按照正常的操作流程進(jìn)行操作就可以了，如果掘進(jìn)機在作業(yè)時(shí)受到不平衡傾覆力的作用，位置可能會(huì )偏離，會(huì )產(chǎn)生很大的噪音和振動(dòng)現象。因此遇到這樣的情況，必須合理設置截割面的參數和軌跡，確保截割頭按照作業(yè)預設的要求進(jìn)行作業(yè)，然后為了提高作業(yè)的精準度，再按照DSP運動(dòng)控制器進(jìn)行閉環(huán)控制。比如想要確定截割面的尺寸大小，則要根據截割范圍，也就是回轉臺中心的切削球面在巷道橫斷面形成的圓形投影，截割的范圍必須在這個(gè)圓形投影內。

　　2.3自動(dòng)監控技術(shù)。煤礦是高位行業(yè)，所以對煤礦采掘面的全面監控很有必要。由于目前大多數礦井基本都是深井作業(yè)，礦井的深度一般在500~1000米，礦井作業(yè)的工作環(huán)境十分復雜，可能會(huì )出現各種情況，為了保證確保生產(chǎn)的安全，因此會(huì )對礦井進(jìn)行監控�，F代煤礦監控內容十分豐富，有井下作業(yè)人員定位跟蹤、井下安全監控、井下通信系統、電網(wǎng)監控、工業(yè)電視等內容。為及時(shí)了解采煤掘進(jìn)面的工作情況，比如掘進(jìn)的速度、空隙水的壓力等情況，必須對采煤掘進(jìn)面安裝監控設備，監控設備會(huì )將信息及時(shí)傳入到礦井的信息控制中心，然后工作人員根據采掘面的運行環(huán)境，做出相應的決策，如果工作環(huán)境不適合繼續作業(yè)，那么信息中心的工作人員可以立即通知采掘面的作業(yè)人員，及時(shí)撤離，從而避免安全事故的發(fā)生。掘進(jìn)面的自動(dòng)監控技術(shù)是通過(guò)組態(tài)軟件實(shí)現的[1]，而組態(tài)軟件是上位機采集可編程的控制器數據信息，從而進(jìn)行有效的監控。它的主要功能是對數據進(jìn)行存儲、整理、參數顯示等。上位機是采用個(gè)人計算機實(shí)現的，而下位機則是由現場(chǎng)從基站和PLC控制系統組成，然后利用計算機軟件實(shí)現人機互動(dòng)，從而達到監控的功能。

　　2.4掘錨一體化技術(shù)。礦井掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，一般會(huì )搭建臨時(shí)支護設施，傳統的支護按照“一掘一支”的原則，也就是掘進(jìn)和支護分開(kāi)作業(yè)，這樣大大影響了作業(yè)的效率，因此礦工的工作時(shí)間長(cháng)、勞動(dòng)強度大，很容易產(chǎn)生疲勞，從而影響到作業(yè)安全。近年來(lái)，隨著(zhù)煤礦產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，為了提高綜掘的工作效率，對掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，在掘進(jìn)機的上方安裝配套的錨護裝置，掘進(jìn)機在不退機的情況下，也能完成頂幫錨桿支護[2]。這種配套的錨護裝置由升降油缸、頂架、伸縮油缸、換向閥、管理和分流集閥等組成。其工作的原理是根據掘進(jìn)機自身液壓系統液壓閥切換到掘進(jìn)作業(yè)的油路，從而實(shí)現頂幫錨桿支護。而且這種支護在操作的時(shí)候，不會(huì )影響掘進(jìn)的掘進(jìn)作業(yè)，切換比較方便。

　　2.5掘進(jìn)機自動(dòng)糾偏技術(shù)。當掘進(jìn)在運行過(guò)程中要完成截割落煤、裝煤和運煤整個(gè)工作流程，然后到下一個(gè)截割工作流程中，為了保證掘進(jìn)機在作業(yè)時(shí)，始終沿著(zhù)巷道的中心線(xiàn)前進(jìn)，而不發(fā)生偏移，在掘進(jìn)機進(jìn)行下一個(gè)掘進(jìn)工作任務(wù)時(shí)，必須對其進(jìn)行自動(dòng)糾偏操作。掘進(jìn)機是否能滿(mǎn)足自動(dòng)糾偏的功能，就要從它的位置和方向加以判斷[3]。三維電子羅盤(pán)儀是判斷掘進(jìn)機方向的主要元件之一，它主要是根據正北方向和掘進(jìn)機掘進(jìn)方向的夾角，從而判斷出掘進(jìn)機巷道中心線(xiàn)和掘進(jìn)機中性線(xiàn)的角度偏差，在此基礎上通過(guò)激光梁川：機電自動(dòng)化技術(shù)在煤礦掘進(jìn)工作面中的應用指示儀對方向進(jìn)行指正，從而起到控制掘進(jìn)機掘進(jìn)方向的作用。掘進(jìn)機巷道中心線(xiàn)和掘進(jìn)機掘進(jìn)中性線(xiàn)偏離的位置通常采用超聲波測距傳感器電子元件判斷，該元件通常在設備的左右兩邊設置，分別設置2~3個(gè)，通過(guò)超聲波回聲測距和精確測量時(shí)差就能對傳感器和掘進(jìn)目標之間的距離進(jìn)行準確判定，再利用二軸傾角傳感器檢測水平面和機身俯仰角是否沿著(zhù)預設的位置掘進(jìn)。還可以通過(guò)比例電磁閥、行走馬達和PLVC單元調整掘進(jìn)機掘進(jìn)的位置和方向。

　　2.6通風(fēng)監控系統。礦井通風(fēng)情況直接影響礦井的正常運行，當礦井通風(fēng)系統出現問(wèn)題，系統無(wú)法及時(shí)排出瓦斯，導致礦井瓦斯濃度增加，很容易引起瓦斯爆炸，因此掘進(jìn)工作面的通風(fēng)系統非常重要。利用通風(fēng)監控系統，可以及時(shí)了解地面的通風(fēng)情況，因此在掘進(jìn)工作時(shí)，需要利用自動(dòng)化控制技術(shù)實(shí)現對其的監控。監控系統由終端設備、智能通風(fēng)控制站、地面集控中心三個(gè)部分組成。其中地面集控中心是整個(gè)控制系統的核心部分，它的功能是處理和分析掘進(jìn)面通風(fēng)設備檢測數據信息，并將通風(fēng)設備運行情況、通風(fēng)量、瓦斯濃度等信息顯示在監控系統的屏幕上。智能通風(fēng)控制站由PLC控制器、光纖交換機、隔爆光端機等組成，能夠對監控設備采集、通信等技術(shù)進(jìn)行控制。終端設備主要用于通風(fēng)系統的電流、電壓以及采集掘進(jìn)工作面的溫度、風(fēng)速、風(fēng)量、瓦斯濃度等信息，然后通過(guò)智能通風(fēng)控制站對通風(fēng)系統進(jìn)行控制。

　　2.7掘進(jìn)工作面的運輸自動(dòng)化技術(shù)。隨著(zhù)煤礦行業(yè)的發(fā)展，井下作業(yè)對運輸的要求越來(lái)越高，巷道維護的工作量也越來(lái)越大，所以實(shí)現運輸自動(dòng)化很有必要。掘進(jìn)工作面的運輸自動(dòng)化技術(shù)主要是通過(guò)其控制室對輸送機進(jìn)行集中控制，控制器對帶式輸送機點(diǎn)擊開(kāi)關(guān)、掘進(jìn)機狀況、除塵風(fēng)機開(kāi)關(guān)等機械連鎖控制。設備采集終端對輸送機機尾、堆煤、電機電流、速度、溫度等數據信息，當設備出現故障，控制器會(huì )自動(dòng)可以實(shí)現緊急電話(huà)通知、叫急叫停等控制功能，從而實(shí)現運輸自動(dòng)化[4]。

　　2.8自動(dòng)探水技術(shù)。礦井在深井作業(yè)時(shí)，在挖掘的過(guò)程中，可能會(huì )遇到斷層、裂縫等情況，造成大量的地下水涌入工作面，影響到采掘工作的正常運轉。所以在掘進(jìn)前，必須對掘進(jìn)工作面進(jìn)行探測，是否存在斷層，是否有大量的地下水，根據探測的結果，設置掘進(jìn)的面積和范圍。因此在掘進(jìn)機安裝激光追蹤儀，在距離掘進(jìn)機有一定距離的支架上安裝3D傳感器，或者在控制柜內安裝PLC控制系統，當掘進(jìn)機作業(yè)時(shí)，根據探測機與探水的安全作業(yè)距離達到了預設范圍，掘進(jìn)機能自動(dòng)停止作業(yè)[5]。煤礦生產(chǎn)需要大量的機電設備，自動(dòng)化技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中應用的范圍也越來(lái)越廣，機電自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)成為了現代煤礦企業(yè)生產(chǎn)中重要的組成部分。但是我國的煤礦自動(dòng)化水平還需要進(jìn)一步提高，因此還需要煤礦設備制造商、煤礦開(kāi)采工藝設計、計算機以及信息技術(shù)的相關(guān)人員通力配合，開(kāi)發(fā)出質(zhì)量更好、靈敏度更高的自動(dòng)化采煤設備，從而不斷提高我國煤礦掘進(jìn)工作面的自動(dòng)化水平，提高我國煤礦企業(yè)生產(chǎn)效率，促進(jìn)我國煤礦工業(yè)的高效、安全發(fā)展。

　　【參考文獻】

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　　[2]唐俊飛.機電自動(dòng)化技術(shù)在煤礦掘進(jìn)工作面中的應用研究[J].內蒙古煤炭經(jīng)濟，2015（8）：34-35.

　　[3]張維揚.機電自動(dòng)化在煤礦中的應用分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（12）：198-198.

　　[4]張和平.淺述煤礦機電自動(dòng)化實(shí)用技術(shù)及其應用[J].科技創(chuàng )新與應用，2015（18）：152-152.

　　[5]司留龍.煤礦機電如何創(chuàng )新應用自動(dòng)化技術(shù)[J].電子世界，2014（16）：263-264.