基于多傳感器融合的礦用錨桿鉆機自動控制系統(tǒng)的研究

王德宇

摘 要：針對我國許多礦井使用的液壓錨桿鉆機自動化程度低、對人工經(jīng)驗依賴性大、可靠性差，施工質(zhì)量很難保證的問題，提出了一種新的基于多傳感器融合的礦用錨桿鉆機自動控制系統(tǒng)。在該控制系統(tǒng)中將傳感器融合與位置測量技術(shù)、數(shù)據(jù)處理與姿態(tài)感知技術(shù)、人工智能控制與工法規(guī)劃技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，實現(xiàn)錨桿間距、角度、錨桿深度等各工序精準定位，減少人工操作偏差，操作簡單，極大提升了錨桿鉆機在工作時的穩(wěn)定性和可靠性。

關(guān)鍵詞：錨桿鉆機;自動控制;多傳感器融合

引言

目前，我國許多礦井使用的錨桿支護設(shè)備主要為風(fēng)鉆、煤電鉆和液壓鉆等單體式鉆機，錨桿 支護的施工工藝，仍然采用的是勞動強度大、生 產(chǎn)效率低、位置誤差大的手工作業(yè)，這既影響了煤礦生產(chǎn)的效率和錨桿支護的設(shè)計參數(shù)的實施， 又存在著極大的作業(yè)安全隱患，與自動化、智能化的煤礦生產(chǎn)不相稱，制約了綜掘機自動化生產(chǎn)能力的發(fā)揮，因此盡快開發(fā)研制新型的具有高度自動化水平的錨桿支護設(shè)備具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 ?錨桿鉆機自動控制工序

錨桿鉆機自動控制分為打鉆過程和錨護過程。

打鉆過程：1、鉆桿機械手下擺將鉆桿放至鉆機中線;2、鉆機旋轉(zhuǎn)并推進;3、鉆桿機械手 松開;4、鉆桿機械手上擺;5、支撐板推進;6、鉆機推進并旋轉(zhuǎn)，到位后停止，回退至初始位 置;7、鉆桿機械手下擺取回鉆桿;8、鉆桿機械 手上擺歸位。

錨護過程：1、錨桿機械手夾緊錨桿;2、錨桿機械手下擺將錨桿放至鉆機中線;3、鉆機旋轉(zhuǎn)并推進;4、錨桿機械手松開;5錨桿機械手 上擺;6、支撐板推進;7、錨桿推進并注入錨固 劑，到位后旋轉(zhuǎn)攪拌錨固劑;8、錨固劑凝固， 鉆機反轉(zhuǎn)，擰緊螺母;9、鉆機回退初始位置。

2 ?基于時序控制的錨桿鉆機自動控制系統(tǒng)

時序控制是按照預(yù)定的時間間隔依次控制各個功能動作的方法?；跁r序控制的礦用錨桿鉆機自動控制系統(tǒng)的邏輯控制流程圖如圖2所示，該控制策略是按照預(yù)定的時間間隔依次進行各功能動作。

3 ?基于多傳感器融合的錨桿鉆機自動控制系統(tǒng)

多傳感器融合的過程控制是通過實時的采集壓力、位移、角度等檢測數(shù)據(jù)，按最佳控制量精準地對 錨桿機各工序進行自動控制和自動調(diào)節(jié)。分別在短進給油缸和長進給油缸增加短進給位移傳感器和長進給位移傳感器檢測鉆機位移;在支撐板油缸增加支撐板位移傳感器檢測支撐板位移;在錨桿機上增加傾角傳感器檢測鉆機的角度;在鉆機油缸上增加鉆機壓力傳感器檢測鉆機壓力;在錨桿機上下滑移油缸上增加滑移位移傳感器檢測錨桿機滑移位移。

4 對比與結(jié)論

煤礦井下實驗過程中，基于時序控制的礦用錨桿 鉆機自動控制系統(tǒng)出現(xiàn)以下問題：

（1）鉆機與機械手過近，依靠時序控制，無法保 證機械手的行進位移，容易沖壞機械手。

（2）支撐板速度快于鉆機推進速度，錨桿被支撐板拖出。

經(jīng)過井下多次測試，基于時序控制的錨桿鉆機自動控制系統(tǒng)雖然可以實現(xiàn)自動控制，但是存在成功率低，無法高質(zhì)量的完成工序動作;基于多傳感器融合的錨桿鉆機自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)錨桿間距、角度、錨桿深度精準定位，減少人工操作偏差，操作簡單，施工質(zhì)量可控度高。實驗驗證了基于多傳感器融合的礦用錨桿鉆機自動控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，具有極大的應(yīng)用價值。

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