機電自動化技術在煤礦掘進的應用

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摘要：煤礦采掘容易受地質環境因素影響，采用機電自動化技術能夠在保證采掘作業安全的同時，提高工作效率和質量?；诖耍恼聦C電自動化技術及其在煤礦采掘中的應用情況展開了分析，從煤巷截割、掘進糾偏、煤巖識別等多個角度探討了煤礦掘進工作面上機電自動化技術的應用方法。

關鍵詞：機電自動化技術；煤礦掘進；工作面

在復雜的地形、地質條件下，煤礦開采具有較大的難度。伴隨著科學技術的發展，煤礦產業開始向著自動化生產方向轉型，通過技術進步解決煤礦開采難題，推動行業的創新發展。而在煤礦掘進工作面上開展開采作業，想要達到高效生產目標還要加強機電自動化技術運用，促使煤礦采掘水平得到整體提升。

1機電自動化技術及在煤礦采掘中的應用

在工程機械領域，機電自動化技術占據重要地位。采取該技術對機械數據信息進行采集、處理，能夠使機械設備按照設定好的數據參數高效、精確地執行動作，在提高生產效率的同時，保證生產質量。作為交叉學科，機電自動化技術涉及計算機、網絡通訊、光學等多個學科，伴隨著相關技術的發展，獲得了明顯技術優勢，在煤礦采掘生產中得到了應用。在煤礦采掘中，掘進面開采屬于系統工作，需要看成是一個整體來實現自動化生產，降低煤礦采掘難度。在采掘生產中，運用各種自動化設備，可以實現對排水、通風等各種信號的控制，使采掘工作效率得到提升，達到增收目標。在煤層條件復雜、厚度存在顯著差異的情況下，需要利用綜合機械化設備實施掘進，包含帶式輸送機、掘進機、錨桿機等，還要加強各種信號的測量。通過自動化控制高效完成割煤、采煤、裝煤等各項工作，在保證掘進工作安全的同時，使煤礦開采的日產量得到提高。因此，在煤礦掘進工作面上，采用的機電自動化系統結構復雜，各部分控制保持密切關聯，確保采掘面得到整體管控。通過對人力生產進行替代，應用機電自動化技術能夠排除人為因素帶來的干擾，使煤礦掘進總體合格率和效率得到提升，也能為人員作業安全提供保障，減少危險事故的發生，對煤礦企業來講具有重要意義。

2機電自動化技術在煤礦掘進工作面中的應用

2.1煤巷自動截割分析。煤巷為依據采掘斷面形成的輸出巷道，在采用掘進機進行作業時需要實現自動截割分析，根據截割頭位置自動開展作業。實際在巷道作業期間，掘進機有對心和偏心2種不同狀態作業。處于對心狀態，掘進機可以按照一般作業流程進行機械操作。但如果遭遇傾覆力不平衡的情況，機械設備將發生偏心，還要加強截割面參數和軌跡的調整，在保證作業精度的同時，避免設備出現過大噪音或振動。應用自動截割技術，需要利用導航獲得截割軌跡，確定截割頭坐標，并通過DSP運動控制器實現作業閉環控制，保證設備能夠高效運行。配合采用傳感器、數字控制等技術，合理設置作業參數，得到科學斷面切割軌跡，能夠使截割頭按照預設路線開展作業。采用DSP閉環控制方案，能夠實現高精度控制，保證截割面尺寸在設定范圍內。結合控制要求，還要運用相關理論加強截割范圍分析，以回轉臺為中心在巷道上進行切球面投影。通過使切割范圍始終處于圓內，不斷轉換作業位置，能使掘進機在循環作業過程中按照指定線路進行工作面截割。2.2掘進自動糾偏分析。在工作面掘進過程中，需要采用掘進機，配合采用液壓控制方式能夠實現數據精確調整，達到準確定位和糾正偏差的效果。設置相關傳感器和控制開關，利用GPS定位系統進行開關動作識別，能夠及時發現機械設備動作跑偏或閉鎖問題。將信息傳輸至中央系統，運用算法進行故障診斷和識別，能夠使問題得到及時處理。針對掘進機，還要結合巷道中心線確定設備位置和運行方向，判斷是否存在作業偏差。采用三維電子羅盤儀，能夠根據設備運行方向和地磁正北方向夾角分析得到設備中心線與巷道中心線偏差距離。配合采用激光指向儀，在掘進機左右布置超聲波測距儀傳感器，能夠根據距離和時差確定中心線與傳感器距離。按照技術規范，需要在設備左邊配置2個超聲波測距儀傳感器，右邊配置3個。采用二軸傾角傳感器，能夠對偏角和設備機身傾角進行測量。經過控制單元運算后，可以得到調整角度和距離，然后利用電磁閥、行走馬達等控制裝置實現動態調整，達到糾正掘進機位置和運行方向的目標，確保掘進機能夠始終按照目標方向開展掘進作業。2.3煤巖自動識別分析。在煤礦采掘過程中，需要做到高效識別煤巖，以便使工作面的開采效率和采煤質量得到提升。在不同地層深度，地質條件存在明顯差異，使得開采作業將面臨不同難度。采掘設備能否與之適應，直接影響煤層開采效果。而能否進行周圍巖層硬度的準確識別，從而實現采掘設備控制調整，將對煤層切割速率產生重要影響。應用煤巖自動識別技術，可以根據截割設備電機電流、轉速和油缸壓力變化確定巖石硬度變化，根據參與關系對煤層和巖石層進行識別，確定二者分界面。對頂板和底板進行截割過程中，可以采用該技術加強作業負荷分析，合理進行煤巖界限判斷。如在底板截割過程中，軌跡在底板范圍遭遇巖石，可以判斷為夾矸，為保證作業安全，還應將電磁比例閥速度調低。在底板以下遭遇巖石，可以判斷為底板，應對截割頭進行持續抬升，通過水平截割高效作業，直至恢復到原本作業形式。2.4井下自動監控分析。掘進工作面位于井下，需要加強通風、煤炭運輸等各方面控制管理，保證井下作業高效開展。實現自動監控，能夠對各類信號進行采集，為機械設備控制提供數據支撐。在掘進作業期間，工作面可能排出瓦斯，需要利用通風系統將瓦斯排出礦井，以免因井下瓦斯濃度增加出現安全事故。從系統組成上來看，包含控制站、集控中心和終端。集控中心位于地面，能夠獲取通風系統數據，并通過數據分析和顯示加強控制管理。控制站由PLC控制器、光纖交換機等構成，能夠采集和傳輸信息。采用監控系統進行井下瓦斯濃度監測，并利用智能通風控制站實現風機等設備的運行調節，能夠使井下通風問題得到順利解決。針對煤炭運輸環境，還要采用自動化監控系統完成設備溫度采集，以免因為負荷重量過大導致電機長期超負荷運行，出現溫度突破臨界值的情況，最終出現停機問題。布置溫度傳感器等裝置，能夠將設備溫度轉化為信號，通過實時監控確認皮帶機工作狀態。發現溫度過高，將利用電流變速器對電機電流進行限制，避免設備出現過熱問題。2.5掘錨自動切換分析。在工作面開展掘進作業容易受復雜地質條件影響，在環境較為惡劣的情況下，還要通過邊掘進邊錨固保證作業安全。采用掘錨一體化機組，對掘進設備和錨固設備實現聯合自動化控制，能夠保證工作面得到安全支護，為各項掘進作業開展提供全面保障。實際在巷道斷面位置，結構安全將直接受到層寬影響。斷面構造可能存在矩形角度，周邊巖石硬度不足，在承受各方壓力時將導致支護結構面臨較大壓力。因此采用錨桿支護方式，還要嚴格控制巖石壓力。將錨固裝置與掘進機聯動控制，如圖1所示，需要配合掘進巷進行自動化臨支護，并采用配套自主性鉆臂保證結構穩定，使支護作用得到最大限度發揮。具體來講，就是在掘進機上方設置配套錨固裝置，在掘進機不退機的條件下可以進行頂幫錨桿支護。從錨固裝置整體結構上來看，主要包含升降油缸、換向閥、頂架等部分，利用液壓系統帶動油路進行支護操作。在掘進過程中，裝置能夠根據工作模式實現油路自動切換，將掘進機液壓系統壓閥切換至錨固裝置油路，繼而順利實現錨桿支護。

3結論

為加快推動煤礦生產技術的發展，還要加強機電自動化技術的運用，使煤礦掘進工作面的開采水平得到不斷提高，滿足企業的安全、高效生產要求。在實踐應用過程中，還應結合煤巷截割、掘進糾偏、煤巖識別等各個環節的作業要求實現機電技術改進，通過加強自動化控制排除各種因素的干擾，使技術在工作面掘進過程中發揮更大作用。

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作者:劉朗 單位:神東煤炭集團大柳塔煤礦