機電自動化技術(shù)在煤礦掘進工作的應用論文

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

　　【關鍵詞】煤炭；機電自動化技術(shù)；煤炭掘進面

　　近年來，隨著科學技術(shù)的進步，煤炭開采技術(shù)也得到了極大的發(fā)展，特別是煤體開采的自動化水平顯著提高。但是我國煤炭的綜合掘進工作面技術(shù)遠遠要落后于綜合開采工作面的技術(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)過程的環(huán)境比較惡劣，時常發(fā)生安全事故。而機電自動化技術(shù)應用在煤礦生產(chǎn)過程中，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化技術(shù)的研究，從而促進綜掘工作面向安全、高效方向發(fā)展。

　　1、煤礦掘進工作面自動化系統(tǒng)

　　目前我國煤礦開采已經(jīng)進入到深井作業(yè)，煤礦掘進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)境沒有達到生產(chǎn)的標準，那么就會影響設備的正常運轉(zhuǎn)。自動化技術(shù)應用在煤礦掘進工作面中，可以準確的測量出掘進工作中的各項參數(shù)，從而形成掘進自動運轉(zhuǎn)。在煤礦生產(chǎn)過程中，掘進面是一項復雜的系統(tǒng)工程，想要實現(xiàn)掘進自動化生產(chǎn)，則必須將煤巷看成一個整體，將煤巷掘進當作一個控制的對象，它的輸出是根據(jù)斷面的要求成形的原煤和煤巷，煤壁當成一個目標。同時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，而這些信號又關系到煤礦的通風、排水、運輸、瓦斯監(jiān)控等等。

　　1.1自動化系統(tǒng)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，最深長達幾十米，煤礦掘進主要采用的是單巷掘進模式。在煤礦的煤層厚度處于零點幾米到幾十米之間的范圍內(nèi)，相關煤礦的巷道主要是以單巷進尺應用技術(shù)。那么，我國煤礦當前使用的綜合機器如轉(zhuǎn)載機、懸臂式掘進機、通風除塵機等，于這類先進化配備而言，懸臂式掘進機是重要配備機器之一，其工作任務主要是對于掘進作業(yè)面施行采煤、割煤以及裝煤。因此，為促進煤巷掘進工作面智能化技術(shù)的發(fā)展，務必對掘進工作面進行智能化的探究，并需以煤巷懸臂式掘進機為主。煤礦生產(chǎn)環(huán)境惡劣，自動化技術(shù)的應用對于煤礦的生產(chǎn)至關重要，能夠改變傳統(tǒng)的工作模式，提高生產(chǎn)效率，提高經(jīng)濟效益。

　　1.2自動化系統(tǒng)模型。根據(jù)上述自動化技術(shù)應用范圍的探析可明確，自動化系統(tǒng)的構(gòu)建需要解決以下問題：一是確保掘進與支護操作的自動化、平行化，確保兩者可同步進行；二是確保質(zhì)料輸送與原煤的持續(xù)自動化同步進行；三是確保安全系統(tǒng)的自動化。同時滿足這些條件，才能夠確保自動化系統(tǒng)的完美配合，使得整個系統(tǒng)高效運行，提高生產(chǎn)效率。那么我們也需要開展創(chuàng)新技術(shù)，通過系統(tǒng)模型來實現(xiàn)掘進工作面自動化控制系統(tǒng)。采用系統(tǒng)模型能有效促進自動控制程序的各個部分在工藝、構(gòu)造等環(huán)節(jié)均可互相合作，相輔相成，在性能中的運用也可以起到推動的作用。和諧配合，最終促使全部控制系統(tǒng)可以達到高效性。穩(wěn)定性的運轉(zhuǎn)，但是要想完成掘進工作面自動控制系統(tǒng)，就要使技藝一直改革，同時也要把各個方面的技藝融合在一塊。

　　2、機電自動化技術(shù)在煤礦掘進工作面中的應用

　　煤炭掘進工作面自動化系統(tǒng)主要包括高效生產(chǎn)和安全生產(chǎn)兩個方面。其中高效生產(chǎn)主要是依靠掘錨機組的運輸自動化和集成系統(tǒng)等問題，安全生產(chǎn)則是利用掘進工作面自動化技術(shù)工作時產(chǎn)生的振動、粉塵、瓦斯、通風等問題。

　　2.1巖層識別技術(shù)。巖層的識別直接影響煤礦開采的效率，而采煤掘進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(xiàn)在掘進機截割作業(yè)的運行速度上。當掘進機對煤層和巖層進行截割的時候，截割電流、油缸旋轉(zhuǎn)和升降壓力的變化都會影響從而影響對煤層和巖層的識別，掘進機對巖層和煤層的識別功能通過同一巷道截割不同參數(shù)從而對煤層和巖層界面進行判斷，在掘進機截割中，頂板和底板會依據(jù)巖、煤層的參數(shù)對其加以識別。比如當掘進機沿著底板進行截割時，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)員只要通過調(diào)節(jié)電磁比例閥就會繼續(xù)進行截割；如果在截割底板下面遇到巖石則可以判斷為底板，可以通過天宮截割頭進行作業(yè)，直到發(fā)現(xiàn)煤層為止。

　　2.2自動截割技術(shù)。采煤掘進機在作業(yè)時，自動截割技術(shù)與數(shù)控加工技術(shù)、傳感器技術(shù)、運動控制技術(shù)等結(jié)合起來，可以實時獲取截割頭空間位置坐標、截割軌跡和導航，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)信息調(diào)整掘進機作業(yè)。掘進機在巷道作業(yè)時的狀態(tài)分為偏心和對心兩種，掘進機處于對心作業(yè)，只要按照正常的操作流程進行操作就可以了，如果掘進機在作業(yè)時受到不平衡傾覆力的作用，位置可能會偏離，會產(chǎn)生很大的噪音和振動現(xiàn)象。因此遇到這樣的情況，必須合理設置截割面的參數(shù)和軌跡，確保截割頭按照作業(yè)預設的要求進行作業(yè)，然后為了提高作業(yè)的精準度，再按照DSP運動控制器進行閉環(huán)控制。比如想要確定截割面的尺寸大小，則要根據(jù)截割范圍，也就是回轉(zhuǎn)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圓形投影內(nèi)。

　　2.3自動監(jiān)控技術(shù)。煤礦是高位行業(yè)，所以對煤礦采掘面的全面監(jiān)控很有必要。由于目前大多數(shù)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，可能會出現(xiàn)各種情況，為了保證確保生產(chǎn)的安全，因此會對礦井進行監(jiān)控�，F(xiàn)代煤礦監(jiān)控內(nèi)容十分豐富，有井下作業(yè)人員定位跟蹤、井下安全監(jiān)控、井下通信系統(tǒng)、電網(wǎng)監(jiān)控、工業(yè)電視等內(nèi)容。為及時了解采煤掘進面的工作情況，比如掘進的速度、空隙水的壓力等情況，必須對采煤掘進面安裝監(jiān)控設備，監(jiān)控設備會將信息及時傳入到礦井的信息控制中心，然后工作人員根據(jù)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(xù)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，及時撤離，從而避免安全事故的發(fā)生。掘進面的自動監(jiān)控技術(shù)是通過組態(tài)軟件實現(xiàn)的[1]，而組態(tài)軟件是上位機采集可編程的控制器數(shù)據(jù)信息，從而進行有效的監(jiān)控。它的主要功能是對數(shù)據(jù)進行存儲、整理、參數(shù)顯示等。上位機是采用個人計算機實現(xiàn)的，而下位機則是由現(xiàn)場從基站和PLC控制系統(tǒng)組成，然后利用計算機軟件實現(xiàn)人機互動，從而達到監(jiān)控的功能。

　　2.4掘錨一體化技術(shù)。礦井掘進作業(yè)時，一般會搭建臨時支護設施，傳統(tǒng)的支護按照“一掘一支”的原則，也就是掘進和支護分開作業(yè)，這樣大大影響了作業(yè)的效率，因此礦工的工作時間長、勞動強度大，很容易產(chǎn)生疲勞，從而影響到作業(yè)安全。近年來，隨著煤礦產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，為了提高綜掘的工作效率，對掘進技術(shù)進行了改進，在掘進機的上方安裝配套的錨護裝置，掘進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(jù)掘進機自身液壓系統(tǒng)液壓閥切換到掘進作業(yè)的油路，從而實現(xiàn)頂幫錨桿支護。而且這種支護在操作的時候，不會影響掘進的掘進作業(yè)，切換比較方便。

　　2.5掘進機自動糾偏技術(shù)。當掘進在運行過程中要完成截割落煤、裝煤和運煤整個工作流程，然后到下一個截割工作流程中，為了保證掘進機在作業(yè)時，始終沿著巷道的中心線前進，而不發(fā)生偏移，在掘進機進行下一個掘進工作任務時，必須對其進行自動糾偏操作。掘進機是否能滿足自動糾偏的功能，就要從它的位置和方向加以判斷[3]。三維電子羅盤儀是判斷掘進機方向的主要元件之一，它主要是根據(jù)正北方向和掘進機掘進方向的夾角，從而判斷出掘進機巷道中心線和掘進機中性線的角度偏差，在此基礎上通過激光梁川：機電自動化技術(shù)在煤礦掘進工作面中的應用指示儀對方向進行指正，從而起到控制掘進機掘進方向的作用。掘進機巷道中心線和掘進機掘進中性線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，通過超聲波回聲測距和精確測量時差就能對傳感器和掘進目標之間的距離進行準確判定，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預設的位置掘進。還可以通過比例電磁閥、行走馬達和PLVC單元調(diào)整掘進機掘進的位置和方向。

　　2.6通風監(jiān)控系統(tǒng)。礦井通風情況直接影響礦井的正常運行，當?shù)V井通風系統(tǒng)出現(xiàn)問題，系統(tǒng)無法及時排出瓦斯，導致礦井瓦斯?jié)舛仍黾�，很容易引起瓦斯爆炸，因此掘進工作面的通風系統(tǒng)非常重要。利用通風監(jiān)控系統(tǒng)，可以及時了解地面的通風情況，因此在掘進工作時，需要利用自動化控制技術(shù)實現(xiàn)對其的監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)由終端設備、智能通風控制站、地面集控中心三個部分組成。其中地面集控中心是整個控制系統(tǒng)的核心部分，它的功能是處理和分析掘進面通風設備檢測數(shù)據(jù)信息，并將通風設備運行情況、通風量、瓦斯?jié)舛鹊刃畔�顯示在監(jiān)控系統(tǒng)的屏幕上。智能通風控制站由PLC控制器、光纖交換機、隔爆光端機等組成，能夠?qū)ΡO(jiān)控設備采集、通信等技術(shù)進行控制。終端設備主要用于通風系統(tǒng)的電流、電壓以及采集掘進工作面的溫度、風速、風量、瓦斯?jié)舛鹊刃畔�，然后通過智能通風控制站對通風系統(tǒng)進行控制。

　　2.7掘進工作面的運輸自動化技術(shù)。隨著煤礦行業(yè)的發(fā)展，井下作業(yè)對運輸?shù)囊�求越來越高，巷道維護的工作量也越來越大，所以實現(xiàn)運輸自動化很有必要。掘進工作面的運輸自動化技術(shù)主要是通過其控制室對輸送機進行集中控制，控制器對帶式輸送機點擊開關、掘進機狀況、除塵風機開關等機械連鎖控制。設備采集終端對輸送機機尾、堆煤、電機電流、速度、溫度等數(shù)據(jù)信息，當設備出現(xiàn)故障，控制器會自動可以實現(xiàn)緊急電話通知、叫急叫停等控制功能，從而實現(xiàn)運輸自動化[4]。

　　2.8自動探水技術(shù)。礦井在深井作業(yè)時，在挖掘的過程中，可能會遇到斷層、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(zhuǎn)。所以在掘進前，必須對掘進工作面進行探測，是否存在斷層，是否有大量的地下水，根據(jù)探測的結(jié)果，設置掘進的面積和范圍。因此在掘進機安裝激光追蹤儀，在距離掘進機有一定距離的支架上安裝3D傳感器，或者在控制柜內(nèi)安裝PLC控制系統(tǒng)，當掘進機作業(yè)時，根據(jù)探測機與探水的安全作業(yè)距離達到了預設范圍，掘進機能自動停止作業(yè)[5]。煤礦生產(chǎn)需要大量的機電設備，自動化技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中應用的范圍也越來越廣，機電自動化技術(shù)已經(jīng)成為了現(xiàn)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化水平還需要進一步提高，因此還需要煤礦設備制造商、煤礦開采工藝設計、計算機以及信息技術(shù)的相關人員通力配合，開發(fā)出質(zhì)量更好、靈敏度更高的自動化采煤設備，從而不斷提高我國煤礦掘進工作面的自動化水平，提高我國煤礦企業(yè)生產(chǎn)效率，促進我國煤礦工業(yè)的高效、安全發(fā)展。

　　【參考文獻】

　　[1]高亞超.機電自動化技術(shù)在煤礦掘進工作面中的應用研究[J].化工管理，2015（6）：176-177.

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

　　[3]張維揚.機電自動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.淺述煤礦機電自動化實用技術(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)新應用自動化技術(shù)[J].電子世界，2014（16）：263-264.