煤礦掘進(jìn)機電控系統(tǒng)的應(yīng)用

趙 良

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)永定莊煤業(yè)公司機掘一隊，山西 大同 037000）

引言

在我國社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展過程中，煤礦行業(yè)的發(fā)展具有一定的促進(jìn)作用，它不僅體現(xiàn)著我國國民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)建設(shè)的效率和進(jìn)程，也體現(xiàn)出了國民生產(chǎn)總值的提升。所以，為了全面提高煤礦行業(yè)在掘進(jìn)工作面的生產(chǎn)效率與安全性，必須要充分利用現(xiàn)代化技術(shù)手段，從而提高機電自動化技術(shù)的應(yīng)用水平，以此來優(yōu)化煤礦行業(yè)的掘進(jìn)體系，確保我國煤炭行業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)健康穩(wěn)定的發(fā)展，并從中獲取良好的經(jīng)濟(jì)效益，為我國現(xiàn)代化社會基礎(chǔ)建設(shè)提供有力支持。

1 當(dāng)前我國煤礦業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國煤礦行業(yè)在國際范圍內(nèi)已處于領(lǐng)先地位，不僅煤礦日產(chǎn)量遠(yuǎn)超于其他各國，同時也擁有千萬噸級的煤礦裝備量。伴隨著我國社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，雖然信息、通信以及微電子領(lǐng)域都處于遙遙領(lǐng)先的發(fā)展地位，但是在日常煤礦開采過程中依然存在一定的問題[1]。比如生產(chǎn)安全性較低、煤礦開采技術(shù)落后等等，對我國煤礦行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展造成了嚴(yán)重影響。基于此針對當(dāng)前我國煤礦業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀以及影響掘進(jìn)機電控的因素展開分析。

2 影響掘進(jìn)機電控的因素

2.1 技術(shù)的安全性

從技術(shù)安全層面看，影響掘進(jìn)機電氣控制的因素有內(nèi)、外兩個方面。外在，煤礦井下特殊氣體如瓦斯、一氧化碳等因素，入井機電設(shè)備必須符合入井防爆標(biāo)準(zhǔn)。為了保護(hù)其內(nèi)部PLC、接觸器、保護(hù)傳感器等核心電氣控制部件，其防爆性能必須符合煤礦防爆外殼標(biāo)準(zhǔn)的要求，并對其內(nèi)部的PLC、接觸器、保護(hù)傳感器等進(jìn)行了改進(jìn)。內(nèi)部技術(shù)的安全性主要指的是電氣控制系統(tǒng)的安全和電氣控制系統(tǒng)程序邏輯功能的正確性。電氣控制系統(tǒng)程序必須滿足工作面現(xiàn)場工作的所有技術(shù)和安全要求，更要保證可靠的操作時間，而與其配套或輔助控制程序的保護(hù)、執(zhí)行元件，更需要進(jìn)行定期功能測試和試驗，以確保電氣控制系統(tǒng)的正常運行。

2.2 通信的可靠性

電氣控制系統(tǒng)的智能化已經(jīng)擴展到礦山電氣設(shè)備的更新，PLC與計算機、觸摸屏、設(shè)備井的通聯(lián)，都離不開通信系統(tǒng)。井下不僅有復(fù)雜地質(zhì)條件外，還有復(fù)雜的電氣環(huán)境。EMI對通信線路和通信設(shè)備構(gòu)成威脅，為提高通信可靠性，應(yīng)采用數(shù)據(jù)校驗、多次握手通信等方法，推廣使用可靠的通信方式，提高控制指令的可靠性。

2.3 電磁的兼容性

電控系統(tǒng)一般用弱電控制系統(tǒng)來控制強電，在電控箱中，既有強電啟動電動機通過接觸器通過，又有PLC控制的繼電器的弱電控制和保護(hù)。大電流干擾弱電干擾，造成繼電器誤動，甚至影響PLC內(nèi)部存儲結(jié)構(gòu)的破壞，從而導(dǎo)致主機故障。所以，電控系統(tǒng)的電磁兼容性應(yīng)引起重視。目前，采取了獨立型殼體封閉式PLC、模擬輸入信號與數(shù)字信號分離、采用獨立變壓器向PLC供電等方法，提高PLC的電磁兼容水平，如圖1所示。

2.4 防塵和防振

鉆孔要在巖石、煤體上開鑿作業(yè)，振動、粉塵、水分等都是不可忽視的因素。通過增加防振墊片，固定電控單元，在電控室設(shè)置化學(xué)干燥劑等措施，可以有效解決振動和潮濕問題。

圖1 電磁示意圖

3 機電自動化技術(shù)在煤礦掘進(jìn)方面的具體應(yīng)用

3.1 掘進(jìn)機自動截割技術(shù)

掘進(jìn)機自動截割技術(shù)主要是利用掘進(jìn)工作期間的兩種不同狀態(tài)所研發(fā)出來的[2]。在煤礦掘進(jìn)施工中，一種是對心掘進(jìn)，另一種是偏心掘進(jìn)。其中，偏心掘進(jìn)是在掘進(jìn)機在施工面掘進(jìn)過程中，受煤層結(jié)構(gòu)和設(shè)備強度等各方面因素的影響而出現(xiàn)噪音過度干擾和震動的狀態(tài)，從而對正常掘進(jìn)方向造成了影響。為了有效解決這一問題，則需要相關(guān)技術(shù)人員結(jié)合煤礦開采施工的實際需求，合理設(shè)置掘進(jìn)機的切割方向與截割斷面，利用數(shù)控技術(shù)、傳感器以及機械控制系統(tǒng)來決定截割頭的位置坐標(biāo)，以此來使掘進(jìn)機能夠按照相應(yīng)的系統(tǒng)需求完成工作，提高掘進(jìn)施工的精度和方向。在此技術(shù)應(yīng)用期間，需要相關(guān)技術(shù)人員對想到尺寸、方向以及煤層結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分了解，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行合理規(guī)劃，利用這些信息來制定出掘進(jìn)機的截割范圍與方向，如圖2所示。

圖2 工作流程圖

3.2 掘進(jìn)機自動糾偏技術(shù)

通常情況下，掘進(jìn)機中每個施工內(nèi)容都包括截割、裝運煤等環(huán)節(jié)，而結(jié)合機電自動化系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)置，掘進(jìn)機在每次循環(huán)工作完成之后，都需要按照下一步計劃來調(diào)整方向與操作。并且為了能夠使每個工作循環(huán)步驟連接在一起，工作人員可以利用掘進(jìn)機自動糾偏技術(shù)，在前期錄入巷道結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，使掘進(jìn)機能夠按照工程需求來完成自動糾偏，以此來順利完成循環(huán)施工。該技術(shù)在應(yīng)用期間，主要涉及到以下幾點問題。首先，掘進(jìn)機需要自行判斷巷道中心線具體位置，并始終確保行進(jìn)方向與中心線相一致。對此不僅需要安裝三維電子羅盤來幫助掘進(jìn)機根據(jù)地磁方向來計算行進(jìn)偏差，同時還要利用超聲波檢測技術(shù)來計算巷道中心線和掘進(jìn)機中心線之間的偏差。以此來實現(xiàn)自動糾偏的目的，如圖3所示。其中θ為掘進(jìn)機中心線與行進(jìn)方向的角度。

3.3 掘進(jìn)機煤巖識別技術(shù)

圖3 截割臂水平、豎直方向誤差示意圖

由于煤礦巷道的地質(zhì)結(jié)構(gòu)環(huán)境十分復(fù)雜，所以煤層和巖石層經(jīng)常會出現(xiàn)相互交替的問題，這種問題不僅對掘進(jìn)機掘進(jìn)工作十分不利，甚至還會對其設(shè)備造成一定的損傷[3]。通常情況下，當(dāng)掘進(jìn)機截割遇到巖石層的時候，設(shè)備電流、壓力以及電機等屬性都會發(fā)生十分明顯的變化。而正是這種差異化，就會導(dǎo)致掘進(jìn)機負(fù)荷程度受到影響，甚至還會影響到設(shè)備的使用壽命。所以為了避免巖石層對掘進(jìn)機頭造成損壞，則需要利用自動識別煤層技術(shù)，在針對底板進(jìn)行截割時，如果掘進(jìn)機遇到巖石層，那么就可以通過傳感器的自動反饋來降低工作速度，以此來減少掘進(jìn)機的負(fù)荷程度，有效確保其使用壽命。此外，當(dāng)掘進(jìn)機通過巖石層到達(dá)煤層之后，工作速度就會恢復(fù)到正常屬性值，以此來提高掘進(jìn)機工作效率，如圖4所示。

圖4 掘進(jìn)機手動、自動掘進(jìn)區(qū)別示意圖

3.4 自動監(jiān)控技術(shù)

雖然目前煤礦行業(yè)在掘進(jìn)過程中都會利用大型工業(yè)設(shè)備來完成掘進(jìn)工作，但是為了能夠?qū)κ┕がF(xiàn)場進(jìn)行實時監(jiān)控，必須要有相關(guān)施工人員利用掘進(jìn)監(jiān)控技術(shù)，精準(zhǔn)了解作業(yè)面的綜合信息。在此期間，利用計算機模擬技術(shù)，對施工現(xiàn)場情況進(jìn)行判斷，以此來保證煤礦巷道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使其能夠正常運行。對此，必須要將數(shù)據(jù)采集裝置、存儲裝置以反饋裝置，利用自動化系統(tǒng)來進(jìn)行合成，通過PC機控制系統(tǒng)，完成掘進(jìn)內(nèi)容檢測。如果發(fā)現(xiàn)作業(yè)面出現(xiàn)任何問題，那么就要立刻停止開采作業(yè)，避免出現(xiàn)重大危險事故。

3.5 強化安全管理

雖然我國煤礦掘進(jìn)機電控系統(tǒng)的安全管理相對穩(wěn)定，但要做好安全管理，還需要繼續(xù)努力，相關(guān)人員可從以下幾方面著手。首先是加強安全管理。為了提高采掘機電控系統(tǒng)的安全性，必須在設(shè)計和使用過程中建立合理的安全管理體系，以提高掘進(jìn)機電控系統(tǒng)的安全性。只有完善安全管理的內(nèi)容，才能有效地保證電氣控制系統(tǒng)的使用安全。其次是采取安全措施。良好的安全措施是煤礦掘進(jìn)機電控系統(tǒng)的有效保障。對此，有關(guān)人員在設(shè)計之初，應(yīng)針對煤礦掘進(jìn)機的安全問題，制定安全措施，提升問題解決能力，確保電控系統(tǒng)的可靠性。

4 結(jié)語

從現(xiàn)有煤礦開采作業(yè)中的自動化技術(shù)分析來看，要想促使煤礦行業(yè)安全穩(wěn)定發(fā)展，就必須要在加強安全防護(hù)的同時，保證原煤運輸和材料運輸自動化同步進(jìn)行，只有從此類問題角度出發(fā)，才能夠真正解決煤礦掘進(jìn)工作面的問題，確保自動化技術(shù)能夠更好地為煤礦開采作業(yè)提供幫助，推動煤礦行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。考慮到這一點，相關(guān)人員應(yīng)充分重視掘進(jìn)機電氣控制系統(tǒng)的重要性，并在其不斷發(fā)展和完善的過程中不斷提高其可靠性，提升行業(yè)發(fā)展水平。