鄔建斌

（山西焦煤西山煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司馬蘭礦， 山西 古交 030205）

引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電自動化技術(shù)在掘進(jìn)工作面應(yīng)用的過程中，極大地提升了煤礦掘進(jìn)工作面整體的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，在很大程度上推動了煤礦掘進(jìn)工作面的智能化發(fā)展。因此，對機(jī)電自動化技術(shù)在煤礦掘進(jìn)工作面中的應(yīng)用進(jìn)行分析有著較為重要的意義。

1 機(jī)電自動化技術(shù)在煤礦掘進(jìn)工作面中的應(yīng)用系統(tǒng)

在煤礦掘進(jìn)工作中，機(jī)電自動化技術(shù)應(yīng)用到其中，對于提升掘進(jìn)工作面整體的質(zhì)量有著明顯的作用。在機(jī)電自動化技術(shù)應(yīng)用到煤礦掘進(jìn)中時，應(yīng)當(dāng)將掘進(jìn)巷道作為一個整體來看待，將各種類型的機(jī)電設(shè)備作為控制對象，將煤壁設(shè)置為具體的輸入數(shù)值，將原煤、煤巷等設(shè)置為輸出數(shù)值，在具體研究時，其中會形成較多信號，如可以測量但是不能控制、不可以測量同時又不能控制、既可以控制又可以測量的信號[1]。之所以會出現(xiàn)這些信號，主要與很多工序有著直接的關(guān)系，例如與掘進(jìn)工作面頂板管理的方式、地質(zhì)勘察結(jié)果、排水及運(yùn)輸?shù)确矫?，圖1 是巷道掘進(jìn)工作面整體的系統(tǒng)圖。通過圖1 可以較為清晰地掌握巷道掘進(jìn)工作面整個系統(tǒng)情況。

圖1 巷道掘進(jìn)工作面整個系統(tǒng)圖

因為煤層整體的復(fù)雜性較強(qiáng)，特別是表現(xiàn)出多樣性，再加上若屬于煤層巷道，巷道整體變化相對較大，所以，很多巷道選擇使用單巷道掘進(jìn)的方式，使用到的掘進(jìn)設(shè)備多數(shù)為懸臂式掘進(jìn)機(jī)器。同時，從掘進(jìn)工作來看，受到外界環(huán)境的影響相對較大，所以，在完成了掘進(jìn)之后，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)采取錨網(wǎng)、錨桿等聯(lián)合支護(hù)的方式。若選擇液壓支護(hù)方式，將出現(xiàn)支護(hù)、掘進(jìn)不匹配的問題[2]。通過對掘進(jìn)工作面整個系統(tǒng)運(yùn)行情況來看，對于機(jī)電自動化技術(shù)在掘進(jìn)工作中的情況，可確定出掘進(jìn)工作整體的系統(tǒng)范圍。圖2是掘進(jìn)工作面機(jī)電自動化范圍圖。

圖2 掘進(jìn)工作面機(jī)電自動化圖

2 機(jī)電自動化技術(shù)在煤礦掘進(jìn)工作面中的具體應(yīng)用

2.1 巖層識別技術(shù)

在工作面掘進(jìn)過程中，巖層識別的情況會直接對煤礦開采的效率等方面產(chǎn)生直接的影響，掘進(jìn)機(jī)械具體的負(fù)荷情況，會對巖層、煤層硬度識別能力等產(chǎn)生較大的影響，最終體現(xiàn)在掘進(jìn)機(jī)械的運(yùn)行速度上。在對巖層、煤層等進(jìn)行切割時，掘進(jìn)機(jī)械內(nèi)液體壓力、油缸旋轉(zhuǎn)及電壓、電流等均會表現(xiàn)出較大的不同，從而對煤巖層整體的識別產(chǎn)生較大的影響。在具體識別的過程中，識別功能主要通過截割不同參數(shù)，從而對煤巖層界面實現(xiàn)精準(zhǔn)判斷。在截割工作中，會根據(jù)煤巖層的參數(shù)實現(xiàn)精準(zhǔn)識別。例如，在沿著巷道底板掘進(jìn)時，若在底板上形成了截割軌跡，若有巖石出現(xiàn)，則能夠判斷屬于夾矸，這時機(jī)電設(shè)備可自動對電磁比例閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而推動截割工作順利開展。若在對底板進(jìn)行截割時，遇到了巖石，則能夠判斷屬于底板，則能對天宮截割頭進(jìn)行作業(yè)，直到遇見煤層。

2.2 自動截割技術(shù)

在掘進(jìn)機(jī)工作的過程中，通過自動截割技術(shù)與運(yùn)動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)控加工技術(shù)等方面的有效結(jié)合，以全部掌握掘進(jìn)機(jī)工作過程中截割頭的實際位置，再通過導(dǎo)航、截割規(guī)矩等，實現(xiàn)對掘進(jìn)機(jī)工作情況的實時掌握[3]。在掘進(jìn)機(jī)工作過程中，主要包含對心、偏心兩種情況，若處于對心作業(yè)狀態(tài)，技術(shù)人員需根據(jù)操作流程開展相關(guān)的操作即可，若掘進(jìn)機(jī)在工作的過程中，出現(xiàn)了不平衡傾覆力的影響，在位置等方面會出現(xiàn)較大的偏離，其中會出現(xiàn)較大的振動、噪聲等。所以，在出現(xiàn)這些問題后，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)機(jī)電自動化技術(shù)，通過對截割面軌跡、參數(shù)等進(jìn)行調(diào)整的方式，保證截割頭按照設(shè)計開展作業(yè)施工。同時，為了有效提升作業(yè)工作開展的精準(zhǔn)度，應(yīng)當(dāng)采取DSP 運(yùn)動控制的方式，實現(xiàn)對掘進(jìn)作業(yè)的閉環(huán)控制。例如，對于設(shè)定的截割尺寸大小，從截割的范圍出發(fā)，技術(shù)人員通過回轉(zhuǎn)臺中心的方式，對巷道橫斷面進(jìn)行切削，按照圓形投影的方式，切割出對應(yīng)的范圍。

2.3 自動監(jiān)控技術(shù)

雖然煤礦整體的安全系數(shù)相對于先前有了較大的提升，但是整體仍屬于高危行業(yè)，因此，在掘進(jìn)工作中，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)通過機(jī)電自動化技術(shù)實現(xiàn)對掘進(jìn)工作面機(jī)電設(shè)備的全面監(jiān)控。因為當(dāng)前我國很多煤礦已經(jīng)進(jìn)入深井開采中，開采的深度多數(shù)超過了600 m，整體工作的環(huán)境較為復(fù)雜。為了提升掘進(jìn)工作安全性，應(yīng)當(dāng)精準(zhǔn)地掌握掘進(jìn)工作面掘進(jìn)的實際速度、孔隙水壓力等，采取針對性的措施，對掘進(jìn)工作面進(jìn)行全面監(jiān)控，通過機(jī)電自動化技術(shù)，監(jiān)控設(shè)備將相關(guān)的信息傳輸?shù)降V井信息控制中心，技術(shù)人員根據(jù)采掘工作面實際的情況，作出對應(yīng)的調(diào)控。若出現(xiàn)了工作面環(huán)境較大變化而影響到掘進(jìn)工作安全性的問題，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將信息及時提醒相關(guān)人員，讓相關(guān)人員及時撤出，防止在掘進(jìn)過程中出現(xiàn)安全事故。在對掘進(jìn)工作面進(jìn)行監(jiān)控時，可通過機(jī)電自動化檢測技術(shù)中的組態(tài)軟件實現(xiàn)對可編程控制器的全面掌握，從而實現(xiàn)更為全面的監(jiān)控。主要功能是對掘進(jìn)工作面產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、存儲及顯示等，對于其中使用到的下位機(jī)，主要是通過PLC 與基站控制，通過使用計算機(jī)軟件實現(xiàn)人和機(jī)器的有效互動，實現(xiàn)全面監(jiān)控的效果[4]。

2.4 掘錨一體化技術(shù)

在巷道掘進(jìn)的過程中，通常需要搭建各種類型的臨時支護(hù)。從傳統(tǒng)支護(hù)情況來看，一般會采用“一掘一支”的方式，在這種模式下，支護(hù)工作與掘進(jìn)工作是分離的，對作業(yè)整體質(zhì)效帶來的負(fù)面影響較為明顯。所以，技術(shù)人員需要花費(fèi)更多的時間，勞動的強(qiáng)度也相對較大，非常容易出現(xiàn)疲勞的問題，也必然增加了作業(yè)的危險性。所以，為了全面提升綜掘的整體效率，對整個掘進(jìn)技術(shù)可通過機(jī)電自動化技術(shù)進(jìn)行針對性的優(yōu)化，通過在掘進(jìn)機(jī)械上安裝錨護(hù)裝置的方式，在不退機(jī)的前提下，實現(xiàn)對頂板錨桿、幫部錨桿的有效支護(hù)。這種配套錨護(hù)主要包含有分流集閥、管理、換向閥及伸縮油缸、降油缸等。主要的工作原理是將掘進(jìn)機(jī)中自身液壓控制系統(tǒng)全部調(diào)整到掘進(jìn)作業(yè)工作中，從而實現(xiàn)對頂部錨桿、幫部錨桿的有效支護(hù)。在支護(hù)過程中，對掘進(jìn)施工整體的影響較小，切換也相對較為便捷。

2.5 掘進(jìn)機(jī)自動糾偏技術(shù)

為了確保掘進(jìn)機(jī)在工作的過程中，能夠沿著巷道中心線持續(xù)推進(jìn)，防止出現(xiàn)偏移的問題，在掘進(jìn)機(jī)進(jìn)入下個工作環(huán)節(jié)后，應(yīng)當(dāng)在機(jī)電自動化技術(shù)下實現(xiàn)自動糾偏。是否可以實現(xiàn)自動糾偏的效果，應(yīng)當(dāng)從方向、位置等方面進(jìn)行判斷。在其中可使用三維電子羅盤儀，從而對掘進(jìn)機(jī)方向進(jìn)行針對性的判斷，主要是通過對掘進(jìn)機(jī)方向夾角進(jìn)行判斷的方式，將巷道中心線與掘進(jìn)機(jī)中線之間所形成角度偏差進(jìn)行判別，并將這些作為基礎(chǔ)，通過激光指示儀實現(xiàn)對方向的有效糾正，從而實現(xiàn)對掘進(jìn)機(jī)方向的有效控制。對于兩者出現(xiàn)的位置偏差情況，可選擇使用超聲波測距離儀器，選擇使用超聲波回聲測距、精準(zhǔn)測量等方式，對其中出現(xiàn)的誤差進(jìn)行測量，再利用二軸傾角傳感器檢測水平面和機(jī)身俯仰角是否沿著預(yù)設(shè)的位置掘進(jìn)，還可以通過比例電磁閥、行走馬達(dá)和PLVC 單元調(diào)整掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)的位置和方向[5]。

3 結(jié)語

在煤礦掘進(jìn)的過程中，將機(jī)電自動化技術(shù)應(yīng)用其中，對于提升掘進(jìn)質(zhì)量和效果有著較為明顯的作用。但是從當(dāng)前機(jī)電自動化技術(shù)在掘進(jìn)工作面的具體應(yīng)用情況來看，在很多方面還有著較大的提升空間，因此，這就需要煤企充分認(rèn)識到當(dāng)前掘進(jìn)工作存在的不足之處，推動機(jī)電自動化技術(shù)更為高質(zhì)高效地應(yīng)用到掘進(jìn)工作中。