基于多傳感器融合的礦用錨桿鉆機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究

王德宇

摘 要：針對(duì)我國許多礦井使用的液壓錨桿鉆機(jī)自動(dòng)化程度低、對(duì)人工經(jīng)驗(yàn)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(jī)自動(dòng)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(shí)現(xiàn)錨桿間距、角度、錨桿深度等各工序精準(zhǔn)定位，減少人工操作偏差，操作簡單，極大提升了錨桿鉆機(jī)在工作時(shí)的穩(wěn)定性和可靠性。

關(guān)鍵詞：錨桿鉆機(jī);自動(dòng)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(hù)設(shè)備主要為風(fēng)鉆、煤電鉆和液壓鉆等單體式鉆機(jī)，錨桿 支護(hù)的施工工藝，仍然采用的是勞動(dòng)強(qiáng)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(hù)的設(shè)計(jì)參數(shù)的實(shí)施， 又存在著極大的作業(yè)安全隱患，與自動(dòng)化、智能化的煤礦生產(chǎn)不相稱，制約了綜掘機(jī)自動(dòng)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(dòng)化水平的錨桿支護(hù)設(shè)備具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 ?錨桿鉆機(jī)自動(dòng)控制工序

錨桿鉆機(jī)自動(dòng)控制分為打鉆過程和錨護(hù)過程。

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

錨護(hù)過程：1、錨桿機(jī)械手夾緊錨桿;2、錨桿機(jī)械手下擺將錨桿放至鉆機(jī)中線;3、鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)并推進(jìn);4、錨桿機(jī)械手松開;5錨桿機(jī)械手 上擺;6、支撐板推進(jìn);7、錨桿推進(jìn)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(jī)反轉(zhuǎn)，擰緊螺母;9、鉆機(jī)回退初始位置。

2 ?基于時(shí)序控制的錨桿鉆機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)

時(shí)序控制是按照預(yù)定的時(shí)間間隔依次控制各個(gè)功能動(dòng)作的方法。基于時(shí)序控制的礦用錨桿鉆機(jī)自動(dòng)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(shí)間間隔依次進(jìn)行各功能動(dòng)作。

3 ?基于多傳感器融合的錨桿鉆機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)

多傳感器融合的過程控制是通過實(shí)時(shí)的采集壓力、位移、角度等檢測數(shù)據(jù)，按最佳控制量精準(zhǔn)地對(duì) 錨桿機(jī)各工序進(jìn)行自動(dòng)控制和自動(dòng)調(diào)節(jié)。分別在短進(jìn)給油缸和長進(jìn)給油缸增加短進(jìn)給位移傳感器和長進(jìn)給位移傳感器檢測鉆機(jī)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(jī)上增加傾角傳感器檢測鉆機(jī)的角度;在鉆機(jī)油缸上增加鉆機(jī)壓力傳感器檢測鉆機(jī)壓力;在錨桿機(jī)上下滑移油缸上增加滑移位移傳感器檢測錨桿機(jī)滑移位移。

4 對(duì)比與結(jié)論

煤礦井下實(shí)驗(yàn)過程中，基于時(shí)序控制的礦用錨桿 鉆機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)以下問題：

（1）鉆機(jī)與機(jī)械手過近，依靠時(shí)序控制，無法保 證機(jī)械手的行進(jìn)位移，容易沖壞機(jī)械手。

（2）支撐板速度快于鉆機(jī)推進(jìn)速度，錨桿被支撐板拖出。

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

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