淺談煤礦掘進(jìn)工作面自動(dòng)化技術(shù)

李明亮

摘 要：隨著我國(guó)社會(huì)的不斷發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)和居民生活所需的能源總量也在逐年增加，煤炭作為重要基礎(chǔ)能源，不僅關(guān)系著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)健康發(fā)展，而且影響人們的生產(chǎn)生活?；谔岣呙旱V生產(chǎn)效率的現(xiàn)實(shí)需要，機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，通過該技術(shù)在煤礦掘進(jìn)工作中的實(shí)際應(yīng)用，不但能夠使工作效率大幅提升，而且能夠使現(xiàn)場(chǎng)安全性切實(shí)提高，從而保障煤礦掘進(jìn)工作面整體穩(wěn)定性，滿足煤礦資源開采要求。本文簡(jiǎn)要介紹了煤礦掘進(jìn)工作面自動(dòng)化現(xiàn)狀，重點(diǎn)分析了煤礦掘進(jìn)工作面的自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)建以及自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，以期能為有關(guān)方面需要提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：煤礦企業(yè);掘進(jìn)工作面;自動(dòng)化技術(shù)

在我國(guó)煤炭的掘進(jìn)開采過程中，由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣、管理難度大、地質(zhì)災(zāi)害多，因此造成煤炭生產(chǎn)安全事故頻發(fā)的狀況，對(duì)井下礦工的人身安全造成一定危害。自動(dòng)化技術(shù)是在原有生產(chǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)上，融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子學(xué)、液壓氣壓技術(shù)、自動(dòng)控制等，能夠更好的適應(yīng)煤炭生產(chǎn)需要，推動(dòng)了煤礦企業(yè)從粗放式生產(chǎn)向高質(zhì)高效生產(chǎn)的方向轉(zhuǎn)化，促進(jìn)我國(guó)煤炭開采行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 煤礦掘進(jìn)工作面自動(dòng)化現(xiàn)狀

近年來，日新月異的計(jì)算機(jī)技術(shù)不僅深入到了各行各業(yè)，而且融入到了人們的生產(chǎn)和生活中，成為引領(lǐng)時(shí)代發(fā)展的重要技術(shù)。煤炭作為傳統(tǒng)的基礎(chǔ)能源，在實(shí)際生產(chǎn)中其粗放的生產(chǎn)方式和落后的管理水平阻礙了煤礦企業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于煤礦企業(yè)中，能夠使井下生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)管理逐漸實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和信息化。不同的煤炭生產(chǎn)模式，掘進(jìn)工作內(nèi)容也各不相同，其屬于一項(xiàng)系統(tǒng)性、復(fù)雜性、綜合性的工程。掘進(jìn)工作面所涉及的內(nèi)容不僅包括材料運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，而且包括通風(fēng)排水和人員定位，同時(shí)還包括供電管理和機(jī)械操作，任何一個(gè)環(huán)節(jié)都存在各種各樣的安全隱患。將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到煤礦掘進(jìn)工作中，能夠提高工作的精確度，降低職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，使掘進(jìn)工作時(shí)刻處于安全、穩(wěn)定狀態(tài)，從而大幅度提高工作效率，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。但是目前在大部分老礦井中，由于大采深、高水壓以及煤層薄等特點(diǎn)，在復(fù)雜環(huán)境下很難實(shí)現(xiàn)工作面的自動(dòng)化掘進(jìn)開采，工作的基本模式為單項(xiàng)掘進(jìn)，所使用的設(shè)備也只是通風(fēng)除塵機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)及懸臂式掘進(jìn)機(jī)等，通過人工操作的方式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，具有較低的工作效率，也使煤炭企業(yè)的發(fā)展無法與時(shí)代發(fā)展步伐相匹配，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用已成為煤礦企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必然趨勢(shì)。

2 煤礦掘進(jìn)工作面自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)建

1）現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)。在生產(chǎn)過程中，可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)將現(xiàn)場(chǎng)工作情況及時(shí)準(zhǔn)確的傳送給生產(chǎn)調(diào)度人員，使其能夠掌握各種工作面信息。另外，安全檢測(cè)作為重要的一項(xiàng)任務(wù)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控掘進(jìn)工作面的粉塵、煤塵、瓦斯及掘進(jìn)工作帶來的震動(dòng)等信息，確保掘進(jìn)工作的安全性。在自動(dòng)化監(jiān)測(cè)過程中，相關(guān)數(shù)據(jù)的采集需要借助上位機(jī)來完成，而整個(gè)工作面的全景動(dòng)態(tài)畫面則需要通過組態(tài)軟件智能拼接所有相機(jī)采集的視頻圖像，上位機(jī)以PC機(jī)為主，下位機(jī)PLC控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)從站系統(tǒng)為主，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的具體功能包括數(shù)據(jù)處理、參數(shù)顯示、屏幕顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等，詳細(xì)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)能夠使管理人員為現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)提供科學(xué)合理的決策。

2）掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)化技術(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、設(shè)備狀態(tài)、氣候條件等因素都會(huì)對(duì)煤礦掘進(jìn)工作產(chǎn)生直接影響，因此需要借助自動(dòng)化技術(shù)在復(fù)雜的環(huán)境中開展掘進(jìn)工作。掘進(jìn)機(jī)作為煤巷掘進(jìn)過程中不可缺少的機(jī)械設(shè)備，承擔(dān)為開拓煤巷的重任，從而確保采煤運(yùn)輸正常進(jìn)行。掘進(jìn)機(jī)的自動(dòng)控制主要是通過電子、液壓、機(jī)械等技術(shù)的融合，使掘進(jìn)機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行，其中包括自主定位、自動(dòng)糾偏、自動(dòng)截割等功能，控制掘進(jìn)工作有序展開。掘進(jìn)機(jī)的自動(dòng)化運(yùn)行僅需要人員進(jìn)行簡(jiǎn)單的遠(yuǎn)程操作控制，極大的提高了現(xiàn)場(chǎng)安全性和挖掘煤巷的工作效率。

3）自動(dòng)截割技術(shù)。掘進(jìn)機(jī)在作業(yè)過程中，自動(dòng)截割技術(shù)融合了運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)以及數(shù)控加工技術(shù)，能夠?qū)馗钴壽E、位置坐標(biāo)和現(xiàn)場(chǎng)工況進(jìn)行實(shí)時(shí)獲取，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信息的分析對(duì)掘進(jìn)機(jī)作業(yè)進(jìn)行合理調(diào)整。如果掘進(jìn)機(jī)在作業(yè)時(shí)受到不平衡傾覆力的作用，切割位置會(huì)出現(xiàn)不同程度的偏離，此時(shí)需要對(duì)截割面的參數(shù)和軌跡進(jìn)行合理設(shè)置，確保截割頭按照作業(yè)預(yù)設(shè)的要求進(jìn)行作業(yè)。與此同時(shí)，想要使作業(yè)的精準(zhǔn)度得到提高，需要按照DSP運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行閉環(huán)控制。

4）運(yùn)輸自動(dòng)化技術(shù)。在煤巷掘進(jìn)工作中，需要向外運(yùn)輸產(chǎn)出的廢料和土石，從而確保煤巷暢通，便于進(jìn)一步開拓和挖掘。隨著礦井生產(chǎn)條件的不斷改善，皮帶集中控制系統(tǒng)已經(jīng)在煤礦掘進(jìn)工作中得到應(yīng)用，為煤礦掘進(jìn)過程中物料的有效運(yùn)輸提供了保障。而隨著工作量進(jìn)一步加大，可以將新技術(shù)運(yùn)用到皮帶集中控制系統(tǒng)中，對(duì)運(yùn)輸膠帶進(jìn)行設(shè)計(jì)加工，使用底帶運(yùn)輸施工材料，保障生產(chǎn)運(yùn)作正常進(jìn)行。

5）巖層識(shí)別技術(shù)。在掘進(jìn)工作面自動(dòng)化生產(chǎn)中，巖層識(shí)別技術(shù)也至關(guān)重要，巖層的識(shí)別直接影響煤礦開采的效率，而采煤掘進(jìn)機(jī)截割負(fù)荷大小的差異直接影響煤層和巖層硬度識(shí)別能力，主要體現(xiàn)在掘進(jìn)機(jī)截割作業(yè)的運(yùn)行速度上。在掘進(jìn)機(jī)截割煤層和巖層時(shí)，煤層和巖層的識(shí)別受升降壓力、油缸旋轉(zhuǎn)以及截割電流的變化影響，在掘進(jìn)機(jī)截割時(shí)會(huì)根據(jù)巖、煤層的參數(shù)來識(shí)別頂板和底板。巖層識(shí)別技術(shù)能夠明確巖層的厚度和硬度，以此選取精準(zhǔn)有效的掘進(jìn)切割方式，從而避免各類問題出現(xiàn)在掘進(jìn)作業(yè)過程中。

3 自動(dòng)化技術(shù)在煤礦掘進(jìn)工作中的應(yīng)用

1）自動(dòng)化技術(shù)在錨桿保護(hù)工作方面的應(yīng)用。瓦斯泄露風(fēng)險(xiǎn)在煤礦掘進(jìn)工作中是不可避免的，瓦斯泄漏后如果得不到及時(shí)有效的處理，一旦達(dá)到爆炸條件，將會(huì)造成嚴(yán)重的安全生產(chǎn)事故，威脅礦工的生命安全。所以，在煤礦掘進(jìn)工作加強(qiáng)煤巷的穩(wěn)固性能意義重大。在煤礦生產(chǎn)中，錨桿支護(hù)的精細(xì)自動(dòng)化技術(shù)不僅能夠提高工作效率，而且能夠保障安全生產(chǎn)。自動(dòng)化技術(shù)主要通過據(jù)錨桿進(jìn)行信息采集，將獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋，參考合理數(shù)據(jù)，適當(dāng)調(diào)整掘進(jìn)機(jī)的工作參數(shù)，使掘進(jìn)機(jī)在滿足生產(chǎn)需要的基礎(chǔ)上，最大限度的降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

2）自動(dòng)化技術(shù)在掘錨系統(tǒng)工作中的應(yīng)用。地質(zhì)條件和地質(zhì)特征的復(fù)雜多變常存在于掘進(jìn)工作中，使掘進(jìn)工作面存在眾多不可預(yù)測(cè)的安全風(fēng)險(xiǎn)。所以，加強(qiáng)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用能夠減少掘進(jìn)工作面的作業(yè)人員，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，提高工作效率。與此同時(shí)，自動(dòng)化技術(shù)還能夠使煤巷養(yǎng)護(hù)水平和安全監(jiān)測(cè)能力大幅提高，有利于技術(shù)人員對(duì)煤巷的承壓能力和整體結(jié)構(gòu)的分析，從而確保煤巷堅(jiān)固穩(wěn)定。自動(dòng)化技術(shù)在掘錨系統(tǒng)工作中的應(yīng)用不僅能夠提高礦井錨固效果，還能夠縮短煤礦井下掘進(jìn)工作周期，嚴(yán)防外在因素對(duì)煤礦井下掘進(jìn)工作實(shí)施效果產(chǎn)生影響。

3）自動(dòng)化技術(shù)在信息傳遞工作中的應(yīng)用。地質(zhì)條件多變、復(fù)雜、難以預(yù)測(cè)的情況經(jīng)常出現(xiàn)在煤礦掘進(jìn)工程中，現(xiàn)場(chǎng)管理人員需要實(shí)時(shí)監(jiān)控和判斷掘進(jìn)工作的情況，但受距離和空間的影響導(dǎo)致信息傳遞效率較低，很多信息和參數(shù)會(huì)出現(xiàn)失真、遺漏等問題，直接影響掘進(jìn)方向和作業(yè)進(jìn)度。將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到信息傳遞工作中，能夠提高傳遞效率，強(qiáng)化信息傳輸技術(shù)與掘進(jìn)機(jī)裝置之間的契合度，滿足掘進(jìn)工作面自動(dòng)化作業(yè)要求。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，自動(dòng)化技術(shù)在煤礦企業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。在井下掘進(jìn)工作中通過自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用能夠大幅提高工作效率，保證作業(yè)的安全性，提高設(shè)備的質(zhì)量和靈敏性，真正實(shí)現(xiàn)減人提效，促進(jìn)煤礦的安全高效發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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