綜合機(jī)械化掘進(jìn)裝備配套技術(shù)探索

董孟陽(yáng) 陳寧

摘?要：現(xiàn)階段社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)能源的需求量也在不斷增加。煤炭作為我國(guó)主要的能源，其采掘質(zhì)量和效率直接決定了社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。在面對(duì)逐漸增加的煤炭需求，煤礦采掘工作迎來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)，需要不斷進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化。因此，本文主要闡述綜合機(jī)械化掘進(jìn)配套裝備技術(shù)的研究背景，并探索目前煤礦中用到的綜合機(jī)械化掘進(jìn)配套裝備技術(shù)，設(shè)想未來(lái)發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：煤礦開(kāi)采;綜合機(jī)械化;掘進(jìn)配套裝備技術(shù)

引言

煤礦掘進(jìn)設(shè)備和技術(shù)的應(yīng)用與人們的生活息息相關(guān)，在現(xiàn)代化社會(huì)飛速發(fā)展背景下，人們對(duì)礦產(chǎn)資源的需求逐漸增加，煤礦行業(yè)意識(shí)到高效掘進(jìn)設(shè)備技術(shù)應(yīng)用的重要性，不斷提升采礦數(shù)量和應(yīng)用規(guī)模。采煤效率如果不繼續(xù)發(fā)展，會(huì)影響我國(guó)煤礦高產(chǎn)、高效，對(duì)能源穩(wěn)定性造成影響。對(duì)此，加強(qiáng)煤礦掘進(jìn)技術(shù)研究，開(kāi)發(fā)綜合機(jī)械化掘進(jìn)配套裝備技術(shù)具有良好現(xiàn)實(shí)意義。

一、綜合機(jī)械化掘進(jìn)配套裝備技術(shù)研究背景

我國(guó)屬于能源消耗大國(guó)，在我國(guó)的能源儲(chǔ)備中，煤炭資源的消費(fèi)占比高達(dá)75%。通常煤礦開(kāi)采有兩種形式，第一種是露天礦開(kāi)采，第二種是井工礦開(kāi)采，在開(kāi)采設(shè)備和技術(shù)不斷優(yōu)化和創(chuàng)新下，煤礦開(kāi)采逐漸高產(chǎn)和高效。但是在進(jìn)行煤礦開(kāi)采的過(guò)程中，由于環(huán)境較為惡劣，操作風(fēng)險(xiǎn)較大，有著較高的危險(xiǎn)性，很多設(shè)備為手工操作設(shè)備，根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)定位，可能會(huì)出現(xiàn)欠挖、切斷面層、超挖等情況。因此，實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化和工作面無(wú)人化是煤礦掘進(jìn)的發(fā)展方向。

二、綜合機(jī)械化掘進(jìn)配套技術(shù)

（一）掘進(jìn)設(shè)備攝像儀自動(dòng)清潔系統(tǒng)

在煤礦開(kāi)采掘進(jìn)裝備中將遠(yuǎn)程操控技術(shù)融入其中，用攝像儀探頭代替人的眼睛進(jìn)行環(huán)境觀察，這是無(wú)人開(kāi)采的基礎(chǔ)。但是由于井下的粉塵較多，會(huì)對(duì)煤礦掘進(jìn)設(shè)備視頻的顯示造成影響，導(dǎo)致攝像儀鏡面模糊不清，需要人工對(duì)其清潔，才能保證清晰度。同時(shí)，攝像機(jī)長(zhǎng)時(shí)間在水氣大的環(huán)境下工作，使用壽命會(huì)大大縮短。研究掘進(jìn)裝備攝像儀自動(dòng)清潔系統(tǒng)具有重要意義，滿足鏡面污染之后自動(dòng)清潔的需要，使攝像儀可以在粉塵大、水氣多的環(huán)境下呈現(xiàn)出掘進(jìn)工作面清晰的圖像。煤礦應(yīng)用的氣動(dòng)系統(tǒng)中，氣源動(dòng)力系統(tǒng)的執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程和自動(dòng)化控制，主要是利用控制器和電磁閥實(shí)現(xiàn)，控制氣動(dòng)馬達(dá)和轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)調(diào)速以及定位的功能。對(duì)控制器的執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行預(yù)定，就可以對(duì)氣動(dòng)裝置進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清洗。同時(shí)，將數(shù)據(jù)自動(dòng)控制模塊和遠(yuǎn)程控制模塊的電控元件放置于防爆箱中，通過(guò)can總線傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制器，遠(yuǎn)程操作臺(tái)完成信號(hào)的接收和控制信息等功能。這種系統(tǒng)在煤礦領(lǐng)域中的應(yīng)用有著廣泛的發(fā)展前景，實(shí)現(xiàn)攝像儀鏡面自動(dòng)清潔和遠(yuǎn)程遙控清潔兩種功能，保證工作滿面攝像裝置清晰呈現(xiàn)圖像，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備工作面無(wú)人化和自動(dòng)化奠定基礎(chǔ)。

（二）掘進(jìn)機(jī)的自動(dòng)化截割技術(shù)

在煤礦掘進(jìn)工作中，常用到的導(dǎo)航方式為激光指引裝置，這種裝置發(fā)出一束激光，指向巷道的前進(jìn)方向。在巷道不斷延伸情況下，需要該裝置也不斷前移，通常駕駛掘進(jìn)機(jī)的人員根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，掘進(jìn)面激光斑點(diǎn)處于工作面中心位置上，粗略計(jì)算出截割頭在截割時(shí)的外周邊界，這種方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)截割。掘進(jìn)工作面粉塵多，掘進(jìn)機(jī)震動(dòng)較大，光線較差，而視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)環(huán)境有著較高的依賴性，無(wú)法保證視覺(jué)導(dǎo)航的精度。雷達(dá)導(dǎo)航同視覺(jué)導(dǎo)航一樣，都為有源導(dǎo)航，在粉塵大水氣大的環(huán)境中使用，精度也會(huì)逐漸下降。傳統(tǒng)礦井中采用全站儀與激光指引配合的方式，但是設(shè)備實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作的難度較大，而且還存在測(cè)量基準(zhǔn)缺乏統(tǒng)一的問(wèn)題，無(wú)法設(shè)計(jì)自動(dòng)化截割導(dǎo)航方案。現(xiàn)階段，開(kāi)發(fā)出的慣性導(dǎo)航技術(shù)，對(duì)外界信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生依賴性，只需其自身計(jì)算陀螺儀和加速度，就能獲取被測(cè)量設(shè)備的航向、機(jī)身位姿等參數(shù)，而且還能將獲取結(jié)果實(shí)現(xiàn)對(duì)外輸出，整個(gè)過(guò)程并不需要人的參與，在利用合理的糾偏算法之后，測(cè)量精度能夠滿足井下開(kāi)采的需求，將攝像儀融入其中，能夠?qū)蜻M(jìn)工作面進(jìn)行視頻監(jiān)控，方面地面控制人員掌握地下工作情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行人工干預(yù)，準(zhǔn)確判斷截割頭的位置，這種方式對(duì)掘進(jìn)機(jī)的自動(dòng)化截割起到關(guān)鍵作用。

（三）高集成度掘進(jìn)配套系統(tǒng)

高集成度掘進(jìn)配套系統(tǒng)主要由自移動(dòng)力站、可彎曲膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)、錨桿鉆車、邁步式自移機(jī)尾、破碎轉(zhuǎn)載機(jī)、掘錨機(jī)等構(gòu)成，能夠在中厚煤層的巷道中快速掘進(jìn)，而且頂?shù)装遢^為穩(wěn)定。在該系統(tǒng)中，掘錨機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)全斷面一次成型掘進(jìn);破碎轉(zhuǎn)載機(jī)能夠在破碎和轉(zhuǎn)載之后對(duì)后方的膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)行牽引，促使其前進(jìn);錨桿鉆車能夠跨騎在可彎曲膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)上，實(shí)現(xiàn)頂錨、側(cè)錨同時(shí)實(shí)施;可彎曲膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)能夠上下彎曲、左右彎曲，搭接在自移機(jī)尾上，搭接長(zhǎng)度最大為150米。該系統(tǒng)通過(guò)集控中心能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程遙控操作，操作人員在集控中心進(jìn)行工作面所有設(shè)備的控制操作。

三、綜合機(jī)械化掘進(jìn)配套裝備技術(shù)發(fā)展方向

第一，創(chuàng)新截割技術(shù)，不斷提升其使用范圍。研究和測(cè)試新型截割技術(shù)，特別是硬巖截割技術(shù)，提升其使用范圍，在深度巖層中進(jìn)行掘進(jìn)。

第二，加強(qiáng)自動(dòng)化控制技術(shù)研究。隨著各種新型技術(shù)的出現(xiàn)，掘進(jìn)配套系統(tǒng)的自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)越來(lái)越凸顯，主要表現(xiàn)包括智能導(dǎo)航、自清潔、全工作面遙控、智能檢測(cè)、故障診斷、記憶截割、數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>

第三，提升掘進(jìn)工作可靠性。可靠性作為煤礦掘進(jìn)工作實(shí)現(xiàn)高效性的基礎(chǔ)，各種掘進(jìn)系統(tǒng)設(shè)備的材質(zhì)研究、系統(tǒng)研究、結(jié)構(gòu)研究都需要以可靠性為前提。

總結(jié)

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展下，為了更好的滿足社會(huì)發(fā)展需求，提升煤礦采掘的質(zhì)量和效率，加強(qiáng)機(jī)械化掘進(jìn)配套裝備技術(shù)的研究具有良好現(xiàn)實(shí)意義。掘進(jìn)設(shè)備攝像儀自動(dòng)清潔系統(tǒng)、掘進(jìn)機(jī)的自動(dòng)化截割、高集成度掘進(jìn)配套系統(tǒng)的應(yīng)用可進(jìn)一步提升煤礦采掘工作的自動(dòng)化、智能化，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)人工作工作面，提高掘進(jìn)效率，促進(jìn)我國(guó)煤礦行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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項(xiàng)目名稱：掘進(jìn)裝備攝像儀自動(dòng)清潔系統(tǒng)研究;項(xiàng)目編號(hào)：2019-TD-QN041

項(xiàng)目名稱：礦用裝備多媒體超視距遙控技術(shù)研究;項(xiàng)目編號(hào)：M2019-22