煤礦井下巷道掘進測距閉鎖裝置的研究

袁文豐

（王莊煤業有限責任公司，山西 長治 047102）

0 引 言

水害是礦井五大自然災害之一，它嚴重威脅著礦山的安全生產。各類事故通報表明，透水事故是主要的重特大事故類型之一。在煤巷的掘進過程中,透水事故時常發生，而超前探水是防止透水事故的有效措施，因此，在有突水可能的地段,均須提前探水，并堅持“有疑必探、先探后掘”的施工管理原則[1]。

通常情況下，在煤巷掘進過程中，對前方地質條件了解較少時，掘進工作隊一般先沿巷道掘進方向進行探水,以保證巷道掘進安全，探水完畢后啟動掘進機進行掘進工作[2]。此過程中每探水一定距離，掘進機的掘進距離都有一個安全范圍，需要掘進工人隨時對掘進機的掘進距離進行人力測量，當超過安全距離范圍時，必須停止掘進機的掘進工作，直到再次探水后，方可再次掘進。掘進過程是一個不斷探水再掘進的重復過程，而且重復作業過程始終必須做到“掘前必探”。由于掘進過程的不斷測量，掘進機不斷地啟動和停止，不僅測量距離的精度無法得到保證，而且使煤礦工人承擔較大勞動強度的同時，也增加了煤礦工人在井下操作的危險性[3]。

基于上述原因，本文所研究的掘進機掘進測距閉鎖裝置，不僅能實現掘進距離的自動實時測距，而且達到探水條件時能夠對掘進機進行閉鎖，不僅減少了勞動強度，實現煤巷掘進作業的自動化，而且大大提高了掘進作業的安全性及可靠性。

1 激光測距傳感器選型及測距方案選擇

1.1 激光測距傳感器的選擇

由于掘進機工作面環境惡劣，所以對測距傳感器要求比較高；不僅要能夠適應惡劣環境，而且必須滿足煤礦對防爆等的要求。經過市場調研，采用中煤科工集團重慶研究院所設計生產的GJJ50礦用本安型激光測距傳感器。該激光測距傳感器主要用于煤礦井下距離的實時測量，包括自動監測采掘工作面的實時進尺，實時監測井下工作面的相對位置，還可以根據需要自動監測其他目標體之間距離，適用于礦井下有煤塵和瓦斯存在的場所。

1.1.1 產品特點

1）采用進口高精度激光測距傳感模塊，壽命長，測量精度高，重復性好；

2）結構緊湊、輕巧，安裝維護方便；

3）采用紅外遙控方式設置參數。

1.1.2 技術特性

1）測量范圍: 0.05~50.00 m，顯示分辨率為：0.01 m；

2）基本誤差:0.5%(F.S);

3）信號輸出:1~5 mA（負載阻抗200）和RS485 通訊方式；

4）傳輸距離:在1.5 mm 銅線線徑的情況下，最大傳輸距離1 km；

5）基本參數: 工作電壓:15~24 V DC；工作電流：≤24 A。

1.2 掘進測距閉鎖方案的選擇

圖1 掘進測距閉鎖控制裝置示意圖

圖1為掘進機掘進測距閉鎖裝置示意圖。該裝置主要由激光測距傳感器、礦用PLC 電控柜、聲光報警器、光纖收發裝置等組成。其工作原理：通過安裝在錨桿上的激光測距傳感器向前方掘進煤壁發射信號并經反射接收，計算的實時距離反饋給PLC電控柜，PLC按照既定程序對掘進機進行實時監測并進行控制，當達到閉鎖條件時，使掘進機閉鎖，無法掘進，解鎖后方可正常工作。PLC電控柜中的光纖收發裝置可與井下環網相通，可將掘進過程中的實時數據上傳至地面，以便集中監控。

對掘進機的閉鎖，可以通過對其電控部分的改造來實現。由于掘進機行走部分采用液壓控制，不易實現閉鎖控制。對掘進機電控箱進行改造可以很容易實現掘進機的高速截割和低速截割的閉鎖。當達到閉鎖條件時，使掘進頭閉鎖，無法正常掘進。當探水結束后，解除鎖定方可進行下一輪的掘進。

1.3 掘進測距閉鎖裝置現場調試與使用

1）掘進機掘進測距閉鎖裝置由激光測距傳感器和PLC 控制柜等組成，圖2 為其PLC 電控柜內部接線原理圖。

圖2 閉鎖裝置電氣原理圖

2）正常工作時，控制箱面板液晶顯示屏顯示：“激光探頭距離##.#m”，“本次探水后掘進距離##.#m”,隨著掘進機掘進距離的增加，當本次探水后掘進距離超過預設值（10 m 可設定），聲光報警器報警，提示工作人員，控制箱面板液晶閃爍顯示“掘進測距閉鎖，探水后解鎖”。

工作人員按壓“復位”按鈕，解除聲光報警。測距閉鎖后，掘進機將不能再向前掘進，必須用探水設備探水，等探水完畢后，通過測距閉鎖控制箱面板上的小按鈕輸入解鎖密碼后，方能解鎖，解鎖后，本次探水后掘進距離清零，重新開始測距，同時掘進機恢復正常工作狀態。

3）當激光探頭距離超過預設的最大測距范圍（43 m可設定），聲光報警器報警，提示工作人員，控制箱面板液晶閃爍顯示“探頭超出范圍，挪動后解鎖”，工作人員按壓“復位”按鈕，解除聲光報警。探頭超出范圍閉鎖后，掘進機將不能再向前掘進，必須將激光測距傳感器向掘進方向挪動，當挪動到激光探頭距離適當的范圍（一般在8 m左右）后，固定激光測距傳感器，固定好以后，通過控制箱的小按鈕輸入解鎖密碼后，方能解鎖，解鎖后，掘進機恢復正常工作狀態。

4）解鎖方法：按壓ESC 鍵，出現“用戶菜單”反白顯示，再按ENTER 鍵，出現“掘進機測距解鎖”反白顯示，再按ENTER鍵，出現“輸入解鎖密碼111111”，再按ENTER 鍵，光標閃爍，通過上下左右鍵輸入正確的解鎖密碼，輸入好以后，再按ENTER 鍵，光標停止閃爍；再按兩次ESC鍵，退回到原始顯示狀態。

5）參數設置：按壓ESC 鍵，出現“用戶菜單”反白顯示，再按ENTER 鍵，出現“掘進機測距解鎖”反白顯示，再按向下鍵，出現“掘進機測距閉鎖參數設置”反白顯示，再按ENTER鍵，出現“探水后掘進距離”，可通過上下左右鍵修改，修改完畢后按ENTER鍵存儲。還有探頭測距上限，修改解鎖密碼，參數設置，設置方法同上。再按兩次ESC鍵，退回到原始顯示狀態。

現場使用時必須注意：（1）掘進工人需在每次掘進停止，確認探水完畢后，在PLC控制柜上輸入密碼，啟動掘進機，進行下一輪作業；（2）掘進工人需在警報器發出警報后將激光測距傳感器向掘進機移動至設定范圍并固定在錨桿上。

2 結束語

介紹了掘進測距閉鎖裝置采用PLC 控制技術、傳感器技術以及通訊技術，實現掘進機掘進距離自動監控，并在達到閉鎖條件時，對掘進機進行閉鎖，無法進行掘進，直到探水完畢，解鎖掘進機后方可重新正常掘進。該裝置不僅降低了勞動強度、提高測量精度，而且通過與井下環網連接實現煤巷掘進數據的實時上傳，便于設備的集中監控，為實現煤礦自動化掘進工作打下基礎。

[1] 李鐵寧,李萬鵬,徐偉，等.航天導航定位儀在全自動掘進機上的應用[J].煤礦機械,2010(8):206-207.

[2] 劉臣,寧克軍.煤巷掘進施工測量工作[J].水力采煤與管道運輸,2005(3):15-16.

[3] 秦一專.不進入危險區進行測距的探討[J].有色礦山,1999(2):48-51.