袁文豐

（王莊煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長治 047102）

0 引 言

水害是礦井五大自然災(zāi)害之一，它嚴(yán)重威脅著礦山的安全生產(chǎn)。各類事故通報(bào)表明，透水事故是主要的重特大事故類型之一。在煤巷的掘進(jìn)過程中,透水事故時常發(fā)生，而超前探水是防止透水事故的有效措施，因此，在有突水可能的地段,均須提前探水，并堅(jiān)持“有疑必探、先探后掘”的施工管理原則[1]。

通常情況下，在煤巷掘進(jìn)過程中，對前方地質(zhì)條件了解較少時，掘進(jìn)工作隊(duì)一般先沿巷道掘進(jìn)方向進(jìn)行探水,以保證巷道掘進(jìn)安全，探水完畢后啟動掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)工作[2]。此過程中每探水一定距離，掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)距離都有一個安全范圍，需要掘進(jìn)工人隨時對掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)距離進(jìn)行人力測量，當(dāng)超過安全距離范圍時，必須停止掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)工作，直到再次探水后，方可再次掘進(jìn)。掘進(jìn)過程是一個不斷探水再掘進(jìn)的重復(fù)過程，而且重復(fù)作業(yè)過程始終必須做到“掘前必探”。由于掘進(jìn)過程的不斷測量，掘進(jìn)機(jī)不斷地啟動和停止，不僅測量距離的精度無法得到保證，而且使煤礦工人承擔(dān)較大勞動強(qiáng)度的同時，也增加了煤礦工人在井下操作的危險(xiǎn)性[3]。

基于上述原因，本文所研究的掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)測距閉鎖裝置，不僅能實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)距離的自動實(shí)時測距，而且達(dá)到探水條件時能夠?qū)蜻M(jìn)機(jī)進(jìn)行閉鎖，不僅減少了勞動強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)煤巷掘進(jìn)作業(yè)的自動化，而且大大提高了掘進(jìn)作業(yè)的安全性及可靠性。

1 激光測距傳感器選型及測距方案選擇

1.1 激光測距傳感器的選擇

由于掘進(jìn)機(jī)工作面環(huán)境惡劣，所以對測距傳感器要求比較高；不僅要能夠適應(yīng)惡劣環(huán)境，而且必須滿足煤礦對防爆等的要求。經(jīng)過市場調(diào)研，采用中煤科工集團(tuán)重慶研究院所設(shè)計(jì)生產(chǎn)的GJJ50礦用本安型激光測距傳感器。該激光測距傳感器主要用于煤礦井下距離的實(shí)時測量，包括自動監(jiān)測采掘工作面的實(shí)時進(jìn)尺，實(shí)時監(jiān)測井下工作面的相對位置，還可以根據(jù)需要自動監(jiān)測其他目標(biāo)體之間距離，適用于礦井下有煤塵和瓦斯存在的場所。

1.1.1 產(chǎn)品特點(diǎn)

1）采用進(jìn)口高精度激光測距傳感模塊，壽命長，測量精度高，重復(fù)性好；

2）結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧，安裝維護(hù)方便；

3）采用紅外遙控方式設(shè)置參數(shù)。

1.1.2 技術(shù)特性

1）測量范圍: 0.05~50.00 m，顯示分辨率為：0.01 m；

2）基本誤差:0.5%(F.S);

3）信號輸出:1~5 mA（負(fù)載阻抗200）和RS485 通訊方式；

4）傳輸距離:在1.5 mm 銅線線徑的情況下，最大傳輸距離1 km；

5）基本參數(shù): 工作電壓:15~24 V DC；工作電流：≤24 A。

1.2 掘進(jìn)測距閉鎖方案的選擇

圖1 掘進(jìn)測距閉鎖控制裝置示意圖

圖1為掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)測距閉鎖裝置示意圖。該裝置主要由激光測距傳感器、礦用PLC 電控柜、聲光報(bào)警器、光纖收發(fā)裝置等組成。其工作原理：通過安裝在錨桿上的激光測距傳感器向前方掘進(jìn)煤壁發(fā)射信號并經(jīng)反射接收，計(jì)算的實(shí)時距離反饋給PLC電控柜，PLC按照既定程序?qū)蜻M(jìn)機(jī)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測并進(jìn)行控制，當(dāng)達(dá)到閉鎖條件時，使掘進(jìn)機(jī)閉鎖，無法掘進(jìn)，解鎖后方可正常工作。PLC電控柜中的光纖收發(fā)裝置可與井下環(huán)網(wǎng)相通，可將掘進(jìn)過程中的實(shí)時數(shù)據(jù)上傳至地面，以便集中監(jiān)控。

對掘進(jìn)機(jī)的閉鎖，可以通過對其電控部分的改造來實(shí)現(xiàn)。由于掘進(jìn)機(jī)行走部分采用液壓控制，不易實(shí)現(xiàn)閉鎖控制。對掘進(jìn)機(jī)電控箱進(jìn)行改造可以很容易實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的高速截割和低速截割的閉鎖。當(dāng)達(dá)到閉鎖條件時，使掘進(jìn)頭閉鎖，無法正常掘進(jìn)。當(dāng)探水結(jié)束后，解除鎖定方可進(jìn)行下一輪的掘進(jìn)。

1.3 掘進(jìn)測距閉鎖裝置現(xiàn)場調(diào)試與使用

1）掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)測距閉鎖裝置由激光測距傳感器和PLC 控制柜等組成，圖2 為其PLC 電控柜內(nèi)部接線原理圖。

圖2 閉鎖裝置電氣原理圖

2）正常工作時，控制箱面板液晶顯示屏顯示：“激光探頭距離##.#m”，“本次探水后掘進(jìn)距離##.#m”,隨著掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)距離的增加，當(dāng)本次探水后掘進(jìn)距離超過預(yù)設(shè)值（10 m 可設(shè)定），聲光報(bào)警器報(bào)警，提示工作人員，控制箱面板液晶閃爍顯示“掘進(jìn)測距閉鎖，探水后解鎖”。

工作人員按壓“復(fù)位”按鈕，解除聲光報(bào)警。測距閉鎖后，掘進(jìn)機(jī)將不能再向前掘進(jìn)，必須用探水設(shè)備探水，等探水完畢后，通過測距閉鎖控制箱面板上的小按鈕輸入解鎖密碼后，方能解鎖，解鎖后，本次探水后掘進(jìn)距離清零，重新開始測距，同時掘進(jìn)機(jī)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

3）當(dāng)激光探頭距離超過預(yù)設(shè)的最大測距范圍（43 m可設(shè)定），聲光報(bào)警器報(bào)警，提示工作人員，控制箱面板液晶閃爍顯示“探頭超出范圍，挪動后解鎖”，工作人員按壓“復(fù)位”按鈕，解除聲光報(bào)警。探頭超出范圍閉鎖后，掘進(jìn)機(jī)將不能再向前掘進(jìn)，必須將激光測距傳感器向掘進(jìn)方向挪動，當(dāng)挪動到激光探頭距離適當(dāng)?shù)姆秶ㄒ话阍? m左右）后，固定激光測距傳感器，固定好以后，通過控制箱的小按鈕輸入解鎖密碼后，方能解鎖，解鎖后，掘進(jìn)機(jī)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

4）解鎖方法：按壓ESC 鍵，出現(xiàn)“用戶菜單”反白顯示，再按ENTER 鍵，出現(xiàn)“掘進(jìn)機(jī)測距解鎖”反白顯示，再按ENTER鍵，出現(xiàn)“輸入解鎖密碼111111”，再按ENTER 鍵，光標(biāo)閃爍，通過上下左右鍵輸入正確的解鎖密碼，輸入好以后，再按ENTER 鍵，光標(biāo)停止閃爍；再按兩次ESC鍵，退回到原始顯示狀態(tài)。

5）參數(shù)設(shè)置：按壓ESC 鍵，出現(xiàn)“用戶菜單”反白顯示，再按ENTER 鍵，出現(xiàn)“掘進(jìn)機(jī)測距解鎖”反白顯示，再按向下鍵，出現(xiàn)“掘進(jìn)機(jī)測距閉鎖參數(shù)設(shè)置”反白顯示，再按ENTER鍵，出現(xiàn)“探水后掘進(jìn)距離”，可通過上下左右鍵修改，修改完畢后按ENTER鍵存儲。還有探頭測距上限，修改解鎖密碼，參數(shù)設(shè)置，設(shè)置方法同上。再按兩次ESC鍵，退回到原始顯示狀態(tài)。

現(xiàn)場使用時必須注意：（1）掘進(jìn)工人需在每次掘進(jìn)停止，確認(rèn)探水完畢后，在PLC控制柜上輸入密碼，啟動掘進(jìn)機(jī)，進(jìn)行下一輪作業(yè)；（2）掘進(jìn)工人需在警報(bào)器發(fā)出警報(bào)后將激光測距傳感器向掘進(jìn)機(jī)移動至設(shè)定范圍并固定在錨桿上。

2 結(jié)束語

介紹了掘進(jìn)測距閉鎖裝置采用PLC 控制技術(shù)、傳感器技術(shù)以及通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)距離自動監(jiān)控，并在達(dá)到閉鎖條件時，對掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行閉鎖，無法進(jìn)行掘進(jìn)，直到探水完畢，解鎖掘進(jìn)機(jī)后方可重新正常掘進(jìn)。該裝置不僅降低了勞動強(qiáng)度、提高測量精度，而且通過與井下環(huán)網(wǎng)連接實(shí)現(xiàn)煤巷掘進(jìn)數(shù)據(jù)的實(shí)時上傳，便于設(shè)備的集中監(jiān)控，為實(shí)現(xiàn)煤礦自動化掘進(jìn)工作打下基礎(chǔ)。

[1] 李鐵寧,李萬鵬,徐偉，等.航天導(dǎo)航定位儀在全自動掘進(jìn)機(jī)上的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械,2010(8):206-207.

[2] 劉臣,寧克軍.煤巷掘進(jìn)施工測量工作[J].水力采煤與管道運(yùn)輸,2005(3):15-16.

[3] 秦一專.不進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行測距的探討[J].有色礦山,1999(2):48-51.