機電自動化技術在煤礦掘進工作的應用論文

【摘要】煤炭開採行業對於我國經濟社會的發展起到了重要的推動作用，那麼如何在掘進工作面中，合理應用我國引進的先進技術，成爲相關技術人員以及企業的關注焦點。本文主要闡述了我國煤炭行業的現狀、煤炭掘進面機電自動化技術，以及機電自動化技術在煤炭掘進工作面的具體應用，以供技術參考。

【關鍵詞】煤炭；機電自動化技術；煤炭掘進面

近年來，隨着科學技術的進步，煤炭開採技術也得到了極大的發展，特別是煤體開採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遠遠要落後於綜合開採工作面的技術，這大大影響了煤礦的整體工作效率。此外，我國煤礦生產過程的環境比較惡劣，時常發生安全事故。而機電自動化技術應用在煤礦生產過程中，能極大地提高煤礦生產效率和生產安全，所以必須加大對綜掘工作面自動化技術的研究，從而促進綜掘工作面向安全、高效方向發展。

1、煤礦掘進工作面自動化系統

目前我國煤礦開採已經進入到深井作業，煤礦掘進工作中需要使用大量的生產設備，但是這些生產設備對生產環境要求很高，如果環境沒有達到生產的標準，那麼就會影響設備的正常運轉。自動化技術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，從而形成掘進自動運轉。在煤礦生產過程中，掘進面是一項複雜的系統工程，想要實現掘進自動化生產，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，而這些信號又關係到煤礦的通風、排水、運輸、瓦斯監控等等。

1.1自動化系統的應用範圍。我國煤礦資源豐富多樣，且地質條件相對複雜，煤層深處最淺不足一米，最深長達幾十米，煤礦掘進主要採用的是單巷掘進模式。在煤礦的煤層厚度處於零點幾米到幾十米之間的範圍內，相關煤礦的巷道主要是以單巷進尺應用技術。那麼，我國煤礦當前使用的綜合機器如轉載機、懸臂式掘進機、通風除塵機等，於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於掘進作業面施行採煤、割煤以及裝煤。因此，爲促進煤巷掘進工作面智能化技術的發展，務必對掘進工作面進行智能化的探究，並需以煤巷懸臂式掘進機爲主。煤礦生產環境惡劣，自動化技術的應用對於煤礦的生產至關重要，能夠改變傳統的工作模式，提高生產效率，提高經濟效益。

1.2自動化系統模型。根據上述自動化技術應用範圍的探析可明確，自動化系統的'構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；二是確保質料輸送與原煤的持續自動化同步進行；三是確保安全系統的自動化。同時滿足這些條件，才能夠確保自動化系統的完美配合，使得整個系統高效運行，提高生產效率。那麼我們也需要開展創新技術，通過系統模型來實現掘進工作面自動化控制系統。採用系統模型能有效促進自動控制程序的各個部分在工藝、構造等環節均可互相合作，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，但是要想完成掘進工作面自動控制系統，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、機電自動化技術在煤礦掘進工作面中的應用

煤炭掘進工作面自動化系統主要包括高效生產和安全生產兩個方面。其中高效生產主要是依靠掘錨機組的運輸自動化和集成系統等問題，安全生產則是利用掘進工作面自動化技術工作時產生的振動、粉塵、瓦斯、通風等問題。

2.1岩層識別技術。岩層的識別直接影響煤礦開採的效率，而採煤掘進機截割負荷大小的差異直接影響煤層和岩層硬度識別能力，具體體現在掘進機截割作業的運行速度上。當掘進機對煤層和岩層進行截割的時候，截割電流、油缸旋轉和升降壓力的變化都會影響從而影響對煤層和岩層的識別，掘進機對岩層和煤層的識別功能通過同一巷道截割不同參數從而對煤層和岩層界面進行判斷，在掘進機截割中，頂板和底板會依據巖、煤層的參數對其加以識別。比如當掘進機沿着底板進行截割時，若截割的軌跡在底板以上形成，在其遇到岩石後可以判斷爲夾矸，此種情況下作業員只要通過調節電磁比例閥就會繼續進行截割；如果在截割底板下面遇到岩石則可以判斷爲底板，可以通過天宮截割頭進行作業，直到發現煤層爲止。

2.2自動截割技術。採煤掘進機在作業時，自動截割技術與數控加工技術、傳感器技術、運動控制技術等結合起來，可以實時獲取截割頭空間位置座標、截割軌跡和導航，並根據這些數據信息調整掘進機作業。掘進機在巷道作業時的狀態分爲偏心和對心兩種，掘進機處於對心作業，只要按照正常的操作流程進行操作就可以了，如果掘進機在作業時受到不平衡傾覆力的作用，位置可能會偏離，會產生很大的噪音和振動現象。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預設的要求進行作業，然後爲了提高作業的精準度，再按照DSP運動控制器進行閉環控制。比如想要確定截割面的尺寸大小，則要根據截割範圍，也就是迴轉臺中心的切削球面在巷道橫斷面形成的圓形投影，截割的範圍必須在這個圓形投影內。

2.3自動監控技術。煤礦是高位行業，所以對煤礦採掘面的全面監控很有必要。由於目前大多數礦井基本都是深井作業，礦井的深度一般在500~1000米，礦井作業的工作環境十分複雜，可能會出現各種情況，爲了保證確保生產的安全，因此會對礦井進行監控。現代煤礦監控內容十分豐富，有井下作業人員定位跟蹤、井下安全監控、井下通信系統、電網監控、工業電視等內容。爲及時瞭解採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，必須對採煤掘進面安裝監控設備，監控設備會將信息及時傳入到礦井的信息控制中心，然後工作人員根據採掘面的運行環境，做出相應的決策，如果工作環境不適合繼續作業，那麼信息中心的工作人員可以立即通知採掘面的作業人員，及時撤離，從而避免安全事故的發生。掘進面的自動監控技術是通過組態軟件實現的[1]，而組態軟件是上位機採集可編程的控制器數據信息，從而進行有效的監控。它的主要功能是對數據進行存儲、整理、參數顯示等。上位機是採用個人計算機實現的，而下位機則是由現場從基站和PLC控制系統組成，然後利用計算機軟件實現人機互動，從而達到監控的功能。

2.4掘錨一體化技術。礦井掘進作業時，一般會搭建臨時支護設施，傳統的支護按照“一掘一支”的原則，也就是掘進和支護分開作業，這樣大大影響了作業的效率，因此礦工的工作時間長、勞動強度大，很容易產生疲勞，從而影響到作業安全。近年來，隨着煤礦產業的快速發展，爲了提高綜掘的工作效率，對掘進技術進行了改進，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，也能完成頂幫錨杆支護[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機自身液壓系統液壓閥切換到掘進作業的油路，從而實現頂幫錨杆支護。而且這種支護在操作的時候，不會影響掘進的掘進作業，切換比較方便。

2.5掘進機自動糾偏技術。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，然後到下一個截割工作流程中，爲了保證掘進機在作業時，始終沿着巷道的中心線前進，而不發生偏移，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樑川：機電自動化技術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採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着預設的位置掘進。還可以通過比例電磁閥、行走馬達和PLVC單元調整掘進機掘進的位置和方向。

2.6通風監控系統。礦井通風情況直接影響礦井的正常運行，當礦井通風系統出現問題，系統無法及時排出瓦斯，導致礦井瓦斯濃度增加，很容易引起瓦斯爆炸，因此掘進工作面的通風系統非常重要。利用通風監控系統，可以及時瞭解地面的通風情況，因此在掘進工作時，需要利用自動化控制技術實現對其的監控。監控系統由終端設備、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據信息，並將通風設備運行情況、通風量、瓦斯濃度等信息顯示在監控系統的屏幕上。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，能夠對監控設備採集、通信等技術進行控制。終端設備主要用於通風系統的電流、電壓以及採集掘進工作面的溫度、風速、風量、瓦斯濃度等信息，然後通過智能通風控制站對通風系統進行控制。

2.7掘進工作面的運輸自動化技術。隨着煤礦行業的發展，井下作業對運輸的要求越來越高，巷道維護的工作量也越來越大，所以實現運輸自動化很有必要。掘進工作面的運輸自動化技術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。設備採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，控制器會自動可以實現緊急電話通知、叫急叫停等控制功能，從而實現運輸自動化[4]。

2.8自動探水技術。礦井在深井作業時，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，影響到採掘工作的正常運轉。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，根據探測的結果，設置掘進的面積和範圍。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，或者在控制櫃內安裝PLC控制系統，當掘進機作業時，根據探測機與探水的安全作業距離達到了預設範圍，掘進機能自動停止作業[5]。煤礦生產需要大量的機電設備，自動化技術在煤礦生產中應用的範圍也越來越廣，機電自動化技術已經成爲了現代煤礦企業生產中重要的組成部分。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製造商、煤礦開採工藝設計、計算機以及信息技術的相關人員通力配合，開發出質量更好、靈敏度更高的自動化採煤設備，從而不斷提高我國煤礦掘進工作面的自動化水平，提高我國煤礦企業生產效率，促進我國煤礦工業的高效、安全發展。

【參考文獻】

[1]高亞超.機電自動化技術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.機電自動化技術在煤礦掘進工作面中的應用研究[J].內蒙古煤炭經濟，2015（8）：34-35.

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

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

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