煤礦掘進(jìn)機(jī)保護(hù)裝置的多層次系統(tǒng)與優(yōu)化

楊 開(kāi)

我國(guó)作為以煤炭資源為主要能源依靠的大國(guó)，主要以山西、內(nèi)蒙為主要采區(qū)，新疆的煤炭?jī)?chǔ)備量位居全球前列，由于技術(shù)問(wèn)題，沒(méi)能開(kāi)采。所以煤礦技術(shù)的革新和完善對(duì)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)顯得尤為重要。再者，雖然煤炭的黃金十年已經(jīng)成為過(guò)去，并且也經(jīng)過(guò)了低迷，這對(duì)于煤礦人既是挑戰(zhàn)，也是機(jī)遇，身處煤礦發(fā)展的轉(zhuǎn)折期，面臨的主要問(wèn)題就是技術(shù)的革新與完善，建設(shè)節(jié)約、綠色、高效的新煤礦是新時(shí)期的需求。

1 掘進(jìn)機(jī)簡(jiǎn)介和發(fā)展現(xiàn)狀

礦用掘進(jìn)機(jī)主要是用于開(kāi)鑿平直地下巷道的礦用設(shè)備。主要由工作機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、裝運(yùn)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)構(gòu)成。行走機(jī)構(gòu)帶著整個(gè)掘進(jìn)機(jī)往前行進(jìn)，工作機(jī)構(gòu)上的刀頭不斷地切割煤炭和巖石，切下來(lái)的巖石將被運(yùn)出掘進(jìn)工作面。我國(guó)的煤礦掘進(jìn)主要是懸臂式掘進(jìn)機(jī)（如圖1）和錨桿鉆機(jī)配套作業(yè)（煤巷綜合機(jī)械化掘進(jìn)）。我國(guó)巷道掘進(jìn)還會(huì)根據(jù)井下地質(zhì)構(gòu)造、地形結(jié)合鉆爆法進(jìn)行掘進(jìn)。掘進(jìn)機(jī)的優(yōu)勢(shì)是高效，不會(huì)過(guò)度破壞巖石結(jié)構(gòu)，有效保護(hù)巷道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能耗高。瑕不掩瑜，即便是未來(lái)的煤礦生產(chǎn)，煤礦掘進(jìn)機(jī)也必將扮演不可替代的重要作用。

圖1 懸臂式掘進(jìn)機(jī)外觀圖

2 人員保護(hù)裝置的原理介紹

裝置主要由人體熱量感應(yīng)器、紅外感應(yīng)器、可編邏輯控制器（PLC）和警報(bào)裝置組成（紅綠黃指示燈和語(yǔ)音提示喇叭），當(dāng)人員由于不注意安全操作和人為的違規(guī)操作時(shí)，進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，會(huì)引起機(jī)頭上方的幾個(gè)感應(yīng)器的異常反應(yīng)，反饋給編程好的邏輯控制器，從而給出語(yǔ)音和紅燈警示，并反饋給掘進(jìn)機(jī)電源控制回路，停止機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，從而保障人員不會(huì)被機(jī)器傷害。系統(tǒng)原理如圖2，感應(yīng)器安裝位置如圖3。

圖2 人員保護(hù)系統(tǒng)原理圖

3 人員保護(hù)系統(tǒng)工作狀態(tài)介紹

（1）在正常工作狀態(tài)下，保護(hù)系統(tǒng)的所有開(kāi)關(guān)都處于閉合狀態(tài)，一切照常運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)掘進(jìn)操作人員進(jìn)入感應(yīng)器設(shè)置的危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)時(shí)，只要一個(gè)感應(yīng)器感應(yīng)到了，所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)馬上呈現(xiàn)斷開(kāi)狀態(tài)從而導(dǎo)致控制器收到信號(hào)反饋到警示裝置（語(yǔ)音提示和紅燈閃爍），語(yǔ)音提示危險(xiǎn)狀態(tài)。還將反饋給掘進(jìn)機(jī)工作電源控制回路，電機(jī)停止工作，從而起到保護(hù)作用。

圖3 感應(yīng)器設(shè)置的建議安裝位置簡(jiǎn)圖

（2）在操作人員聽(tīng)到看到警示信號(hào)，意識(shí)到處于違規(guī)操作時(shí)，及時(shí)離開(kāi)操作危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，邏輯控制器會(huì)控制警示裝置呈現(xiàn)黃燈閃爍，語(yǔ)音提示離開(kāi)危險(xiǎn)區(qū)域，即將進(jìn)入正常狀態(tài)。此過(guò)程是非安全和安全狀態(tài)的過(guò)渡期，時(shí)間由控制器提前根據(jù)需要設(shè)定。這個(gè)階段主要是給人員一個(gè)接受緩沖期。

（3）當(dāng)人員回到安全工作狀態(tài)下，控制器將反饋給警示裝置安全信號(hào)，警示燈顯示綠燈，語(yǔ)音提示可進(jìn)行正常生產(chǎn)?？刂破鬟€將信號(hào)反饋給掘進(jìn)機(jī)的電源控制回路，電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，掘進(jìn)機(jī)恢復(fù)正常工作狀態(tài)，正常生產(chǎn)。

（4）可編程邏輯控制器（PLC）接線(xiàn)方式和原理以及幾個(gè)技術(shù)要點(diǎn)（注意點(diǎn)）。

1）可編程邏輯控制器（PLC）暫時(shí)采用FX2N-16MT型號(hào)的控制器。如圖4中1?！?＃代表紅外感應(yīng)器，5＃代表人體熱量感應(yīng)器，原理就如上文所述，實(shí)現(xiàn)多層次保護(hù)，有效保障人員安全。

2）人員保護(hù)裝置的幾個(gè)技術(shù)要點(diǎn)（注意點(diǎn)）和建議。

①由于保護(hù)裝置的不可容錯(cuò)性，可編程邏輯控制器的IO接口應(yīng)采用光電隔離處理，防止其它光電設(shè)備對(duì)他的干擾從而導(dǎo)致的掘進(jìn)機(jī)異常停止，影響掘進(jìn)進(jìn)程。

②紅外傳感器的感應(yīng)距離和人體熱量感應(yīng)器的感應(yīng)距離應(yīng)根據(jù)實(shí)際要求設(shè)定不同的值，從而形成多層次的保護(hù)。

③單獨(dú)配置該裝置的電源，以保證獨(dú)立于其他系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。建議雙電源控制，一個(gè)工作，另一個(gè)備用。

④由于該裝置的應(yīng)用環(huán)境特殊，應(yīng)用于井下，環(huán)境潮濕，且在可燃?xì)怏w環(huán)境下，必須符合本安型要求，采用隔爆開(kāi)關(guān)等，做好設(shè)備的防水防潮處理，防止由于受潮導(dǎo)致的系統(tǒng)反應(yīng)遲鈍、失效等問(wèn)題，或者是短路導(dǎo)致的反應(yīng)過(guò)于靈敏，導(dǎo)致該系統(tǒng)影響掘進(jìn)機(jī)工作系統(tǒng)的正常工作。

⑤原則上來(lái)說(shuō)，該系統(tǒng)只是掘進(jìn)機(jī)系統(tǒng)的輔助部件，它的存在不得破壞掘進(jìn)機(jī)的正常生產(chǎn)。

⑥該系統(tǒng)最大的難點(diǎn)在于克服干擾的能力，由于是多層次控制，一個(gè)環(huán)節(jié)的問(wèn)題都會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題。所以對(duì)于傳感器的選擇就尤為重要。需要在實(shí)驗(yàn)和實(shí)際生產(chǎn)狀態(tài)下調(diào)試到最優(yōu)狀態(tài)。

圖4 可編程邏輯控制器（PLC）接線(xiàn)圖

4 總結(jié)

由于煤礦生產(chǎn)趨勢(shì)的要求，安全綠色生產(chǎn)已經(jīng)成為一種必須要求，為了人員和設(shè)備安全，安全方面的技術(shù)要求愈加嚴(yán)格，本文針對(duì)綜合掘進(jìn)工作面的人員安全提出的人員安全系統(tǒng)，本著合理、科學(xué)、經(jīng)濟(jì)和最重要的安全的理念，將自動(dòng)控制原理應(yīng)用到生產(chǎn)中，有效保證了掘進(jìn)機(jī)操作人員的安全，并且該系統(tǒng)的體積小，成本較低，效果好，大大提高了生產(chǎn)的安全系數(shù)，符合煤礦發(fā)展理念，必定能更好地服務(wù)煤礦正常生產(chǎn)。