煤礦掘進機電控系統(tǒng)的應用

趙 良

（晉能控股煤業(yè)集團永定莊煤業(yè)公司機掘一隊，山西 大同 037000）

引言

在我國社會經(jīng)濟建設發(fā)展過程中，煤礦行業(yè)的發(fā)展具有一定的促進作用，它不僅體現(xiàn)著我國國民經(jīng)濟基礎建設的效率和進程，也體現(xiàn)出了國民生產總值的提升。所以，為了全面提高煤礦行業(yè)在掘進工作面的生產效率與安全性，必須要充分利用現(xiàn)代化技術手段，從而提高機電自動化技術的應用水平，以此來優(yōu)化煤礦行業(yè)的掘進體系，確保我國煤炭行業(yè)能夠實現(xiàn)健康穩(wěn)定的發(fā)展，并從中獲取良好的經(jīng)濟效益，為我國現(xiàn)代化社會基礎建設提供有力支持。

1 當前我國煤礦業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國煤礦行業(yè)在國際范圍內已處于領先地位，不僅煤礦日產量遠超于其他各國，同時也擁有千萬噸級的煤礦裝備量。伴隨著我國社會經(jīng)濟和科學技術的不斷發(fā)展，雖然信息、通信以及微電子領域都處于遙遙領先的發(fā)展地位，但是在日常煤礦開采過程中依然存在一定的問題[1]。比如生產安全性較低、煤礦開采技術落后等等，對我國煤礦行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展造成了嚴重影響?；诖酸槍Ξ斍拔覈旱V業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀以及影響掘進機電控的因素展開分析。

2 影響掘進機電控的因素

2.1 技術的安全性

從技術安全層面看，影響掘進機電氣控制的因素有內、外兩個方面。外在，煤礦井下特殊氣體如瓦斯、一氧化碳等因素，入井機電設備必須符合入井防爆標準。為了保護其內部PLC、接觸器、保護傳感器等核心電氣控制部件，其防爆性能必須符合煤礦防爆外殼標準的要求，并對其內部的PLC、接觸器、保護傳感器等進行了改進。內部技術的安全性主要指的是電氣控制系統(tǒng)的安全和電氣控制系統(tǒng)程序邏輯功能的正確性。電氣控制系統(tǒng)程序必須滿足工作面現(xiàn)場工作的所有技術和安全要求，更要保證可靠的操作時間，而與其配套或輔助控制程序的保護、執(zhí)行元件，更需要進行定期功能測試和試驗，以確保電氣控制系統(tǒng)的正常運行。

2.2 通信的可靠性

電氣控制系統(tǒng)的智能化已經(jīng)擴展到礦山電氣設備的更新，PLC與計算機、觸摸屏、設備井的通聯(lián)，都離不開通信系統(tǒng)。井下不僅有復雜地質條件外，還有復雜的電氣環(huán)境。EMI對通信線路和通信設備構成威脅，為提高通信可靠性，應采用數(shù)據(jù)校驗、多次握手通信等方法，推廣使用可靠的通信方式，提高控制指令的可靠性。

2.3 電磁的兼容性

電控系統(tǒng)一般用弱電控制系統(tǒng)來控制強電，在電控箱中，既有強電啟動電動機通過接觸器通過，又有PLC控制的繼電器的弱電控制和保護。大電流干擾弱電干擾，造成繼電器誤動，甚至影響PLC內部存儲結構的破壞，從而導致主機故障。所以，電控系統(tǒng)的電磁兼容性應引起重視。目前，采取了獨立型殼體封閉式PLC、模擬輸入信號與數(shù)字信號分離、采用獨立變壓器向PLC供電等方法，提高PLC的電磁兼容水平，如圖1所示。

2.4 防塵和防振

鉆孔要在巖石、煤體上開鑿作業(yè)，振動、粉塵、水分等都是不可忽視的因素。通過增加防振墊片，固定電控單元，在電控室設置化學干燥劑等措施，可以有效解決振動和潮濕問題。

圖1 電磁示意圖

3 機電自動化技術在煤礦掘進方面的具體應用

3.1 掘進機自動截割技術

掘進機自動截割技術主要是利用掘進工作期間的兩種不同狀態(tài)所研發(fā)出來的[2]。在煤礦掘進施工中，一種是對心掘進，另一種是偏心掘進。其中，偏心掘進是在掘進機在施工面掘進過程中，受煤層結構和設備強度等各方面因素的影響而出現(xiàn)噪音過度干擾和震動的狀態(tài)，從而對正常掘進方向造成了影響。為了有效解決這一問題，則需要相關技術人員結合煤礦開采施工的實際需求，合理設置掘進機的切割方向與截割斷面，利用數(shù)控技術、傳感器以及機械控制系統(tǒng)來決定截割頭的位置坐標，以此來使掘進機能夠按照相應的系統(tǒng)需求完成工作，提高掘進施工的精度和方向。在此技術應用期間，需要相關技術人員對想到尺寸、方向以及煤層結構進行充分了解，在此基礎上進行合理規(guī)劃，利用這些信息來制定出掘進機的截割范圍與方向，如圖2所示。

圖2 工作流程圖

3.2 掘進機自動糾偏技術

通常情況下，掘進機中每個施工內容都包括截割、裝運煤等環(huán)節(jié)，而結合機電自動化系統(tǒng)的相關設置，掘進機在每次循環(huán)工作完成之后，都需要按照下一步計劃來調整方向與操作。并且為了能夠使每個工作循環(huán)步驟連接在一起，工作人員可以利用掘進機自動糾偏技術，在前期錄入巷道結構的基礎上，使掘進機能夠按照工程需求來完成自動糾偏，以此來順利完成循環(huán)施工。該技術在應用期間，主要涉及到以下幾點問題。首先，掘進機需要自行判斷巷道中心線具體位置，并始終確保行進方向與中心線相一致。對此不僅需要安裝三維電子羅盤來幫助掘進機根據(jù)地磁方向來計算行進偏差，同時還要利用超聲波檢測技術來計算巷道中心線和掘進機中心線之間的偏差。以此來實現(xiàn)自動糾偏的目的，如圖3所示。其中θ為掘進機中心線與行進方向的角度。

3.3 掘進機煤巖識別技術

圖3 截割臂水平、豎直方向誤差示意圖

由于煤礦巷道的地質結構環(huán)境十分復雜，所以煤層和巖石層經(jīng)常會出現(xiàn)相互交替的問題，這種問題不僅對掘進機掘進工作十分不利，甚至還會對其設備造成一定的損傷[3]。通常情況下，當掘進機截割遇到巖石層的時候，設備電流、壓力以及電機等屬性都會發(fā)生十分明顯的變化。而正是這種差異化，就會導致掘進機負荷程度受到影響，甚至還會影響到設備的使用壽命。所以為了避免巖石層對掘進機頭造成損壞，則需要利用自動識別煤層技術，在針對底板進行截割時，如果掘進機遇到巖石層，那么就可以通過傳感器的自動反饋來降低工作速度，以此來減少掘進機的負荷程度，有效確保其使用壽命。此外，當掘進機通過巖石層到達煤層之后，工作速度就會恢復到正常屬性值，以此來提高掘進機工作效率，如圖4所示。

圖4 掘進機手動、自動掘進區(qū)別示意圖

3.4 自動監(jiān)控技術

雖然目前煤礦行業(yè)在掘進過程中都會利用大型工業(yè)設備來完成掘進工作，但是為了能夠對施工現(xiàn)場進行實時監(jiān)控，必須要有相關施工人員利用掘進監(jiān)控技術，精準了解作業(yè)面的綜合信息。在此期間，利用計算機模擬技術，對施工現(xiàn)場情況進行判斷，以此來保證煤礦巷道結構的穩(wěn)定性，使其能夠正常運行。對此，必須要將數(shù)據(jù)采集裝置、存儲裝置以反饋裝置，利用自動化系統(tǒng)來進行合成，通過PC機控制系統(tǒng)，完成掘進內容檢測。如果發(fā)現(xiàn)作業(yè)面出現(xiàn)任何問題，那么就要立刻停止開采作業(yè)，避免出現(xiàn)重大危險事故。

3.5 強化安全管理

雖然我國煤礦掘進機電控系統(tǒng)的安全管理相對穩(wěn)定，但要做好安全管理，還需要繼續(xù)努力，相關人員可從以下幾方面著手。首先是加強安全管理。為了提高采掘機電控系統(tǒng)的安全性，必須在設計和使用過程中建立合理的安全管理體系，以提高掘進機電控系統(tǒng)的安全性。只有完善安全管理的內容，才能有效地保證電氣控制系統(tǒng)的使用安全。其次是采取安全措施。良好的安全措施是煤礦掘進機電控系統(tǒng)的有效保障。對此，有關人員在設計之初，應針對煤礦掘進機的安全問題，制定安全措施，提升問題解決能力，確保電控系統(tǒng)的可靠性。

4 結語

從現(xiàn)有煤礦開采作業(yè)中的自動化技術分析來看，要想促使煤礦行業(yè)安全穩(wěn)定發(fā)展，就必須要在加強安全防護的同時，保證原煤運輸和材料運輸自動化同步進行，只有從此類問題角度出發(fā)，才能夠真正解決煤礦掘進工作面的問題，確保自動化技術能夠更好地為煤礦開采作業(yè)提供幫助，推動煤礦行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展?？紤]到這一點，相關人員應充分重視掘進機電氣控制系統(tǒng)的重要性，并在其不斷發(fā)展和完善的過程中不斷提高其可靠性，提升行業(yè)發(fā)展水平。