機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)在煤礦掘進(jìn)工作面中的應(yīng)用分析

鄔建斌

（山西焦煤西山煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司馬蘭礦， 山西 古交 030205）

引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)在掘進(jìn)工作面應(yīng)用的過程中，極大地提升了煤礦掘進(jìn)工作面整體的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，在很大程度上推動(dòng)了煤礦掘進(jìn)工作面的智能化發(fā)展。因此，對(duì)機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)在煤礦掘進(jìn)工作面中的應(yīng)用進(jìn)行分析有著較為重要的意義。

1 機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)在煤礦掘進(jìn)工作面中的應(yīng)用系統(tǒng)

在煤礦掘進(jìn)工作中，機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到其中，對(duì)于提升掘進(jìn)工作面整體的質(zhì)量有著明顯的作用。在機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到煤礦掘進(jìn)中時(shí)，應(yīng)當(dāng)將掘進(jìn)巷道作為一個(gè)整體來看待，將各種類型的機(jī)電設(shè)備作為控制對(duì)象，將煤壁設(shè)置為具體的輸入數(shù)值，將原煤、煤巷等設(shè)置為輸出數(shù)值，在具體研究時(shí)，其中會(huì)形成較多信號(hào)，如可以測量但是不能控制、不可以測量同時(shí)又不能控制、既可以控制又可以測量的信號(hào)[1]。之所以會(huì)出現(xiàn)這些信號(hào)，主要與很多工序有著直接的關(guān)系，例如與掘進(jìn)工作面頂板管理的方式、地質(zhì)勘察結(jié)果、排水及運(yùn)輸?shù)确矫?，圖1 是巷道掘進(jìn)工作面整體的系統(tǒng)圖。通過圖1 可以較為清晰地掌握巷道掘進(jìn)工作面整個(gè)系統(tǒng)情況。

圖1 巷道掘進(jìn)工作面整個(gè)系統(tǒng)圖

因?yàn)槊簩诱w的復(fù)雜性較強(qiáng)，特別是表現(xiàn)出多樣性，再加上若屬于煤層巷道，巷道整體變化相對(duì)較大，所以，很多巷道選擇使用單巷道掘進(jìn)的方式，使用到的掘進(jìn)設(shè)備多數(shù)為懸臂式掘進(jìn)機(jī)器。同時(shí)，從掘進(jìn)工作來看，受到外界環(huán)境的影響相對(duì)較大，所以，在完成了掘進(jìn)之后，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)采取錨網(wǎng)、錨桿等聯(lián)合支護(hù)的方式。若選擇液壓支護(hù)方式，將出現(xiàn)支護(hù)、掘進(jìn)不匹配的問題[2]。通過對(duì)掘進(jìn)工作面整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行情況來看，對(duì)于機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)在掘進(jìn)工作中的情況，可確定出掘進(jìn)工作整體的系統(tǒng)范圍。圖2是掘進(jìn)工作面機(jī)電自動(dòng)化范圍圖。

圖2 掘進(jìn)工作面機(jī)電自動(dòng)化圖

2 機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)在煤礦掘進(jìn)工作面中的具體應(yīng)用

2.1 巖層識(shí)別技術(shù)

在工作面掘進(jìn)過程中，巖層識(shí)別的情況會(huì)直接對(duì)煤礦開采的效率等方面產(chǎn)生直接的影響，掘進(jìn)機(jī)械具體的負(fù)荷情況，會(huì)對(duì)巖層、煤層硬度識(shí)別能力等產(chǎn)生較大的影響，最終體現(xiàn)在掘進(jìn)機(jī)械的運(yùn)行速度上。在對(duì)巖層、煤層等進(jìn)行切割時(shí)，掘進(jìn)機(jī)械內(nèi)液體壓力、油缸旋轉(zhuǎn)及電壓、電流等均會(huì)表現(xiàn)出較大的不同，從而對(duì)煤巖層整體的識(shí)別產(chǎn)生較大的影響。在具體識(shí)別的過程中，識(shí)別功能主要通過截割不同參數(shù)，從而對(duì)煤巖層界面實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)判斷。在截割工作中，會(huì)根據(jù)煤巖層的參數(shù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)識(shí)別。例如，在沿著巷道底板掘進(jìn)時(shí)，若在底板上形成了截割軌跡，若有巖石出現(xiàn)，則能夠判斷屬于夾矸，這時(shí)機(jī)電設(shè)備可自動(dòng)對(duì)電磁比例閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而推動(dòng)截割工作順利開展。若在對(duì)底板進(jìn)行截割時(shí)，遇到了巖石，則能夠判斷屬于底板，則能對(duì)天宮截割頭進(jìn)行作業(yè)，直到遇見煤層。

2.2 自動(dòng)截割技術(shù)

在掘進(jìn)機(jī)工作的過程中，通過自動(dòng)截割技術(shù)與運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)控加工技術(shù)等方面的有效結(jié)合，以全部掌握掘進(jìn)機(jī)工作過程中截割頭的實(shí)際位置，再通過導(dǎo)航、截割規(guī)矩等，實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)機(jī)工作情況的實(shí)時(shí)掌握[3]。在掘進(jìn)機(jī)工作過程中，主要包含對(duì)心、偏心兩種情況，若處于對(duì)心作業(yè)狀態(tài)，技術(shù)人員需根據(jù)操作流程開展相關(guān)的操作即可，若掘進(jìn)機(jī)在工作的過程中，出現(xiàn)了不平衡傾覆力的影響，在位置等方面會(huì)出現(xiàn)較大的偏離，其中會(huì)出現(xiàn)較大的振動(dòng)、噪聲等。所以，在出現(xiàn)這些問題后，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)，通過對(duì)截割面軌跡、參數(shù)等進(jìn)行調(diào)整的方式，保證截割頭按照設(shè)計(jì)開展作業(yè)施工。同時(shí)，為了有效提升作業(yè)工作開展的精準(zhǔn)度，應(yīng)當(dāng)采取DSP 運(yùn)動(dòng)控制的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)作業(yè)的閉環(huán)控制。例如，對(duì)于設(shè)定的截割尺寸大小，從截割的范圍出發(fā)，技術(shù)人員通過回轉(zhuǎn)臺(tái)中心的方式，對(duì)巷道橫斷面進(jìn)行切削，按照?qǐng)A形投影的方式，切割出對(duì)應(yīng)的范圍。

2.3 自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)

雖然煤礦整體的安全系數(shù)相對(duì)于先前有了較大的提升，但是整體仍屬于高危行業(yè)，因此，在掘進(jìn)工作中，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)通過機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)工作面機(jī)電設(shè)備的全面監(jiān)控。因?yàn)楫?dāng)前我國很多煤礦已經(jīng)進(jìn)入深井開采中，開采的深度多數(shù)超過了600 m，整體工作的環(huán)境較為復(fù)雜。為了提升掘進(jìn)工作安全性，應(yīng)當(dāng)精準(zhǔn)地掌握掘進(jìn)工作面掘進(jìn)的實(shí)際速度、孔隙水壓力等，采取針對(duì)性的措施，對(duì)掘進(jìn)工作面進(jìn)行全面監(jiān)控，通過機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)，監(jiān)控設(shè)備將相關(guān)的信息傳輸?shù)降V井信息控制中心，技術(shù)人員根據(jù)采掘工作面實(shí)際的情況，作出對(duì)應(yīng)的調(diào)控。若出現(xiàn)了工作面環(huán)境較大變化而影響到掘進(jìn)工作安全性的問題，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將信息及時(shí)提醒相關(guān)人員，讓相關(guān)人員及時(shí)撤出，防止在掘進(jìn)過程中出現(xiàn)安全事故。在對(duì)掘進(jìn)工作面進(jìn)行監(jiān)控時(shí)，可通過機(jī)電自動(dòng)化檢測技術(shù)中的組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)可編程控制器的全面掌握，從而實(shí)現(xiàn)更為全面的監(jiān)控。主要功能是對(duì)掘進(jìn)工作面產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、存儲(chǔ)及顯示等，對(duì)于其中使用到的下位機(jī)，主要是通過PLC 與基站控制，通過使用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)人和機(jī)器的有效互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)控的效果[4]。

2.4 掘錨一體化技術(shù)

在巷道掘進(jìn)的過程中，通常需要搭建各種類型的臨時(shí)支護(hù)。從傳統(tǒng)支護(hù)情況來看，一般會(huì)采用“一掘一支”的方式，在這種模式下，支護(hù)工作與掘進(jìn)工作是分離的，對(duì)作業(yè)整體質(zhì)效帶來的負(fù)面影響較為明顯。所以，技術(shù)人員需要花費(fèi)更多的時(shí)間，勞動(dòng)的強(qiáng)度也相對(duì)較大，非常容易出現(xiàn)疲勞的問題，也必然增加了作業(yè)的危險(xiǎn)性。所以，為了全面提升綜掘的整體效率，對(duì)整個(gè)掘進(jìn)技術(shù)可通過機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行針對(duì)性的優(yōu)化，通過在掘進(jìn)機(jī)械上安裝錨護(hù)裝置的方式，在不退機(jī)的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)頂板錨桿、幫部錨桿的有效支護(hù)。這種配套錨護(hù)主要包含有分流集閥、管理、換向閥及伸縮油缸、降油缸等。主要的工作原理是將掘進(jìn)機(jī)中自身液壓控制系統(tǒng)全部調(diào)整到掘進(jìn)作業(yè)工作中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)頂部錨桿、幫部錨桿的有效支護(hù)。在支護(hù)過程中，對(duì)掘進(jìn)施工整體的影響較小，切換也相對(duì)較為便捷。

2.5 掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)糾偏技術(shù)

為了確保掘進(jìn)機(jī)在工作的過程中，能夠沿著巷道中心線持續(xù)推進(jìn)，防止出現(xiàn)偏移的問題，在掘進(jìn)機(jī)進(jìn)入下個(gè)工作環(huán)節(jié)后，應(yīng)當(dāng)在機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)糾偏。是否可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)糾偏的效果，應(yīng)當(dāng)從方向、位置等方面進(jìn)行判斷。在其中可使用三維電子羅盤儀，從而對(duì)掘進(jìn)機(jī)方向進(jìn)行針對(duì)性的判斷，主要是通過對(duì)掘進(jìn)機(jī)方向夾角進(jìn)行判斷的方式，將巷道中心線與掘進(jìn)機(jī)中線之間所形成角度偏差進(jìn)行判別，并將這些作為基礎(chǔ)，通過激光指示儀實(shí)現(xiàn)對(duì)方向的有效糾正，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)機(jī)方向的有效控制。對(duì)于兩者出現(xiàn)的位置偏差情況，可選擇使用超聲波測距離儀器，選擇使用超聲波回聲測距、精準(zhǔn)測量等方式，對(duì)其中出現(xiàn)的誤差進(jìn)行測量，再利用二軸傾角傳感器檢測水平面和機(jī)身俯仰角是否沿著預(yù)設(shè)的位置掘進(jìn)，還可以通過比例電磁閥、行走馬達(dá)和PLVC 單元調(diào)整掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)的位置和方向[5]。

3 結(jié)語

在煤礦掘進(jìn)的過程中，將機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用其中，對(duì)于提升掘進(jìn)質(zhì)量和效果有著較為明顯的作用。但是從當(dāng)前機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)在掘進(jìn)工作面的具體應(yīng)用情況來看，在很多方面還有著較大的提升空間，因此，這就需要煤企充分認(rèn)識(shí)到當(dāng)前掘進(jìn)工作存在的不足之處，推動(dòng)機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)更為高質(zhì)高效地應(yīng)用到掘進(jìn)工作中。