掘進機自動化技術論文

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1.掘進機自動截割技術

掘進機自動截割可通過實時獲取截割頭空間位置坐標、自動截割導航和截割軌跡實時調整來完成，并利用數控加工技術、運動控制技術和傳感器技術來實現。掘進機在巷道中的工作位置分為對心和偏心兩種狀態，處于后一種狀態時掘進機受到不平衡傾覆力矩影響，振動和噪聲都很大，故應采用前一種狀態。通過合理設置截割斷面參數和切割軌跡參數確保截割頭按照預設軌跡完成截割。再利用DSP運動控制器實現閉環控制，以提高系統控制精度。例如截割斷面尺寸的確定，首先根據理論截割范圍，即以回轉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，掘進機都能在改變工作位置情況下完成一個工作循環的截割。將截割參數存于DSP內，就能確定工作路線及工作循環次數。

2.掘進機自動糾偏技術

掘進機在完成截割落煤、裝煤和運煤一個循環，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。掘進機前行是否滿足設計要求，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，可控制掘進機沿設計目標前進。判斷掘進機中性線與巷道設計中性線位置偏離的執行元件是超聲波測距傳感器，左面設置2個，右面設置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控制單元可調整掘進機行進方向和位置。

3.掘進機煤巖識別技術

煤層和巖石硬度上的差別反映在掘進機截割負荷的差異，具體到截割作業，截割煤層與截割巖層時截割電機的電流、旋轉油缸壓力、升降油缸壓力以致速度等參數都會發生改變，依據同一巷道截割不同層面下煤與巖石的參數值，就可以對煤、巖界面進行判別。截割過程中底板、頂板和兩幫可依據這個原則進行識別。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，直至發現煤層。

4.掘進機監控技術

掘進作業過程中，通過對施工現場進行實時監控，可及時而準確掌握工作面信息（如孔隙水壓力、掘進速度等），再經過計算機模擬，為工作人員作出合理決策創造條件。自動監測一般依靠上位機采集可編程控制器數據，再由組態軟件實現監測，其功能包括參數顯示、數據存儲與處理、屏幕顯示等。上位機采用PC機，下位機采用現場從站和PLC控制系統。再利用相關軟件實現人機交互、地表沉降量預測等功能。

5.掘錨一體化技術

傳統臨時支護施工采用“一掘一支”即掘進與支護分開進行的方法，嚴重影響綜掘效率，而且工人勞動強度大，操作安全系數低。掘錨一體化技術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，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油路。支護操作不干擾掘進作業，切換簡捷可靠。

6.運輸自動化技術

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、帶式輸送機電機開關、除塵風機開關等信號進行聯鎖控制，利用多功能終端采集輸送機機尾跑偏、堆煤、電機電流、溫度、速度等數據，根據設定的控制模式，出現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，實現運輸自動自動化。

7.通風監控系統

掘進工作面通風安全是煤礦安全生產中的重要環節，為了在地面就能及時準確地了解各工作面的通風狀況，并進行實時監控，需要應用自動化控制技術。控制模式有多種，現舉一例說明。監控系統分為地面集控中心、智能通風控制子站、終端設備三個層級。地面集控中心作為控制系統的核心，主要負責各工作面通風設備相關監測數據的分析和處理，并實時顯示工作面瓦斯濃度分布信息以及通風風量、風速信息。智能通風控制子站由光纖交換機、隔爆光端機、PLC控制器等組成，可以進行數據采集、通信和對通風機進行控制。終端設備用來采集工作面溫度、風量、風速、瓦斯濃度以及通風機電壓、電流等信息，并根據智能通風控制子站的指令控制通風機開度或電機轉速等。

8.自動探水、排水技術

透水事故是重大惡性事故，危害十分嚴重。在巷道掘進到斷層、裂隙、溶洞時可能發生突然大量涌水現象，所以掘前要對可能突水地段進行探測。探測之后，可以掘進一定距離，然后再進行探測和掘進。這個過程對生產效率影響較大，若能自動測距、自動啟停作業，對提高掘進效率和作業安全性是有幫助的。在掘進機上安裝激光追蹤儀，距掘進機一定距離的支架上安裝3D傳感器，再在控制柜內設置PLC控制系統。根據設定的探水距離和掘進距離，每掘進到設定距離掘進機自動停止作業，探水并重啟掘進程序后才能繼續下一輪作業。這個技術可能算不上自動化程度很高的技術。下面這個例子可實現無人值守自動排水，其原理是設計由隔爆型液位控制器、電極、低壓防爆開關和水泵組成的排水系統。電極用于探測液位，并始終沒于水中。當水位達到液位上限后，液位控制器動作，延時后自動啟動水泵抽水。同時設置各種保護動作和緊急情況下手動操作功能，防止排干水后電機繼續運轉而損壞水泵。

9.結語

現代微電子技術和計算機技術的發展成果，推動了機電一體化技術與成套設備在煤礦生產中廣泛應用，但是綜掘落后于綜采的不正常局面也亟待改變。近年來，許多煤礦與科研院校為此做出了努力。本文對此進行總結和述評，希望有識之士從中可以獲得啟發和借鑒。

作者:高亞超單位:陜西延長石油巴拉素煤業有限公司