機電自動化技術(shù)在煤礦掘進工作面中的運用

翟國喜 鄭旭東

摘要：時代的快速發(fā)展及科技的不斷進步推動了國民經(jīng)濟的發(fā)展，在這一過程中，煤炭能源起著不可忽視的作用。現(xiàn)階段我國煤礦掘進較以前有了很大的提高，無論是技術(shù)還是設(shè)備均有明顯提高，但自動化方面卻存在一定的不足，因此降低了煤礦掘進工作效率及工作質(zhì)量。以此為背景，機電自動化技術(shù)順勢而生，將機電自動化技術(shù)應(yīng)用于煤礦掘進工作中，既能提高生產(chǎn)效率，還能保障煤礦生產(chǎn)的安全性，對煤礦企業(yè)長期可持續(xù)發(fā)展有著重要的推動作用。

關(guān)鍵詞：機電自動化技術(shù);煤礦掘進;工作面

隨著學(xué)科技術(shù)的發(fā)展，各種機電自動化技術(shù)不斷被應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)行業(yè)中，有效的提高了采煤質(zhì)量及工作效率，同時更好的確保了采煤工作人員的安全性。煤礦掘進工作面是一項非常重要的作業(yè)環(huán)節(jié)，掘進工作面的技術(shù)水平直接影響著煤礦的安全和效率。為了確保人們對煤炭的需求量，煤礦開采不得不進入深井作業(yè)階段。而深井采煤作業(yè)難度大，環(huán)境復(fù)雜，必須通過機電設(shè)備實現(xiàn)開采，這就勢必會使用到機電技術(shù)，然而我國部分煤礦企業(yè)機電設(shè)備滯后，未能得到升級和更新，生產(chǎn)效率較低，嚴重的會埋下一系列的安全隱患。

1、我國煤礦開采發(fā)展現(xiàn)狀

煤炭是生活中的常見能源，也是我國的重要能源。在我國煤炭資源開采是一項重要的產(chǎn)業(yè)，也可以說是國民產(chǎn)業(yè)?？萍茧S著經(jīng)濟的發(fā)展越發(fā)先進，越來越多的技術(shù)被應(yīng)用于煤炭開采中，例如電子通信技術(shù)，該技術(shù)的運用提高了煤炭的生產(chǎn)效率，促進了煤炭行業(yè)的發(fā)展。我國是煤炭大國，一些煤炭大省的采煤量十分巨大，煤炭質(zhì)量在世界上也占有一定地位。在煤炭開采中，自動化技術(shù)的應(yīng)用使我國煤炭生產(chǎn)水平逐漸接近世界水平。然而回到現(xiàn)實中，我國煤炭行業(yè)在某些方面與其他國家依然存在差異，煤炭掘進工作面是現(xiàn)階段的最大限制因素，阻礙了煤炭行業(yè)的發(fā)展，因此自動化技術(shù)的研究成為當(dāng)前煤炭發(fā)展的重點內(nèi)容。

2、煤礦掘進工作面自動化系統(tǒng)

2.1概念

現(xiàn)階段我國煤礦開采已發(fā)展到深井作業(yè)，在工作中使用了大量的生產(chǎn)設(shè)備，而這些設(shè)備的操作對環(huán)境的要求較高，如環(huán)境未達標，就會影響設(shè)備的正常運行。機電自動化技術(shù)的應(yīng)用，可以準確的測量出各項工作數(shù)據(jù)，進而形成掘進自動運轉(zhuǎn)。掘進面是一項極為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，要想全面實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，就要將煤巷掘進當(dāng)成一個控制對象，它的輸出是以斷面的需求成形的原煤和煤巷為依據(jù)的，將煤壁當(dāng)成一個控制目標。

2.2應(yīng)用范圍

我國的煤礦資源豐富且地質(zhì)條件各不相同，煤層最淺不足一米，最深十幾米，而煤礦掘進主要使用的是單巷掘進模式。煤礦的巷道是以單巷進尺應(yīng)用技術(shù)，我國當(dāng)前使用的是綜合機器，例如：懸臂式掘進機、通風(fēng)除塵機、轉(zhuǎn)載機等。懸臂式掘進機是重要配備機器，主要共走內(nèi)容是掘進作業(yè)面實施采煤，割煤，裝煤，因此要想促進掘進工作面的智能化發(fā)展，必須對掘進工作面實施智能化探究，并以懸臂式掘進機為主。

3、機電自動化技術(shù)在煤礦掘進工作面中的應(yīng)用

煤炭掘進工作面自動化系統(tǒng)主要包含安全生產(chǎn)、高效生產(chǎn)兩個主要內(nèi)容。安全生產(chǎn)是利用掘進工作面自動化技術(shù)解決工作時出現(xiàn)的震動、瓦斯、通風(fēng)、粉塵等問題。而高效生產(chǎn)則是通過掘錨機組的運輸自動化和集成系統(tǒng)等問題。

3.1巖層識別技術(shù)

巖層識別技術(shù)的高低直接影響著煤礦開采的效率，掘進機截割負荷大小的不同則直接影響了煤層和巖層的識別能力，體現(xiàn)在掘進機截割作業(yè)的速度。掘進機對煤層和巖層開展截割時，截割電流、升降壓力、油缸旋轉(zhuǎn)等因素的變化也會對煤層的識別造成影響，掘進機識別煤層主要通過判斷同一巷道截割的不同參數(shù)完成的，在掘進機截割中，頂板、底板也會依據(jù)巖層和煤層的參數(shù)進行識別。例如：當(dāng)掘進機截割底板時，若在底板以上形成截割軌跡，當(dāng)其遇到巖石后便可判斷為夾矸，這時工作人員需調(diào)節(jié)電磁比例閥繼續(xù)開展截割。如果截割底板下面遇到巖石則判斷為底板，便可通過天宮截割頭開展作業(yè)，直到發(fā)現(xiàn)煤層。

3.2通風(fēng)監(jiān)察技術(shù)

通風(fēng)狀況對煤礦掘進工作面施工的安全系數(shù)有著一定的影響作用。為了確保工作人員在地面便可實時掌握各個工作面的通風(fēng)情況，對其開展實時監(jiān)控就必須依靠自動化控制技術(shù)。而現(xiàn)階段自動化控制模式紛繁多樣，自動化通風(fēng)控制子站，終端設(shè)備，地面控制中心則是檢查系統(tǒng)的三大構(gòu)成部分，地面控制中心則是監(jiān)察系統(tǒng)的核心，主要負責(zé)分析處理各個共走面上傳的實時數(shù)據(jù)，同時顯示出不同工作面的風(fēng)速、風(fēng)量、瓦斯?jié)舛鹊刃畔?。自動化通風(fēng)控制子站則由光纖交換器、隔爆光端機、PLC控制儀等設(shè)備組成，負責(zé)采集數(shù)據(jù)、傳遞數(shù)據(jù);而終端設(shè)備的主要功能是收集各個工作面的相關(guān)數(shù)據(jù)，同時以通風(fēng)控制子站的指令為依據(jù)把控通風(fēng)設(shè)備及電機。

3.3自動監(jiān)控技術(shù)

煤礦生產(chǎn)危險性較高，一不小心就可能誘發(fā)安全事故，因此必須全面監(jiān)控采煤作業(yè)的具體情況，以便發(fā)現(xiàn)安全隱患后能夠及時處理。要想提高監(jiān)控水平，就要使用先進的自動監(jiān)控技術(shù)?，F(xiàn)階段，我國部分煤礦井深度在500-1000米，均屬于深井作業(yè)，所面臨的工作環(huán)境更為復(fù)雜，這就需要對生產(chǎn)實際情況實施實時監(jiān)控。當(dāng)下常用的監(jiān)控技術(shù)較多，例如電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、定位跟蹤技術(shù)、安全監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)電視、井下通信系統(tǒng)等。一般是通過組態(tài)軟件實現(xiàn)自動監(jiān)控的，主要功能是存儲、整理、顯示采煤數(shù)據(jù)。利用先進的自動監(jiān)控技術(shù)，能夠隨時掌握煤礦掘進工作面的實際情況，比如空隙水壓力、跟蹤監(jiān)控掘進速度等。此外，監(jiān)控系統(tǒng)得到所需數(shù)據(jù)后，會在第一時間將數(shù)據(jù)傳到礦井信息控制中心，以便工作人員做出正確的決策。一旦發(fā)現(xiàn)工作環(huán)境不適合再作業(yè)就要立刻停止作業(yè)，工作人員要立即撤離現(xiàn)場，避免發(fā)生安全事故。

3.4自動截割技術(shù)

采煤掘進設(shè)備在工作中，應(yīng)用自動切割技術(shù)及數(shù)控技術(shù)，配合外部傳感器和遠程操控系統(tǒng)，能夠有效提高整個掘進工作面的煤炭資源開采效率及安全性。以設(shè)備運行軌跡及導(dǎo)航工作系統(tǒng)為依據(jù)，對數(shù)據(jù)信息加以分析和調(diào)整，掘進設(shè)備在巷道內(nèi)工作時，掘進機必須嚴格按照操作流程和規(guī)范執(zhí)行，如掘進工作的平衡性受到了影響，就會使掘進機在工作中偏離正常軌道，造成較大的噪音及不良振動問題，當(dāng)出現(xiàn)這個問題后，工作人員就要以切割參數(shù)及運行軌跡為依據(jù)進行檢測，確保掘進工作設(shè)備的切割頭依照工作要求來工作，進而提高煤炭開采的工作效率。

3.5自動運輸技術(shù)

煤礦行業(yè)的發(fā)展使得井下作業(yè)運輸越來越重要，巷道維護的工作量也明顯增加，因此實施運輸自動化十分必要。掘進工作面的運輸自動化技術(shù)就是利用控制室對輸送機實施集中控制，控制器對帶式輸送機電機開關(guān)、除塵風(fēng)機開關(guān)、掘進機狀況等機械連鎖控制。設(shè)備采集終端對輸送機機尾、電機電流、速度、溫度、堆煤等數(shù)據(jù)信息，一旦設(shè)備發(fā)生故障，控制器就會自動撥通緊急電話，叫急叫停，最終實現(xiàn)運輸自動化。

結(jié)束語

總之隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，機電自動化技術(shù)及相關(guān)設(shè)備在煤礦生產(chǎn)中提供了便利條件。機電一體化技術(shù)在煤礦掘進工作中的實踐不僅提高了工作效率和質(zhì)量，也使人員的人身安全得到了保障，促進我國煤礦事業(yè)的長期穩(wěn)定發(fā)展。

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（作者單位：焦作煤業(yè)（集團）新鄉(xiāng)能源有限公司）