機電自動化技術在煤礦掘進工作面中的運用研究

摘" 要：在煤礦開采機械化水平不斷提升的過程中，應注重精細化管理，將機電自動化技術與各類機械設備相結合，實現對煤礦掘進工作面多種情況的自動監控和檢測，及時發現煤礦開采期間的異常問題和安全隱患，并采取有效措施進行控制與處理，以促進煤礦掘進作業順利開展。首先分析煤礦掘進工作面自動化系統的構成與關鍵技術，又對多種機電自動化技術在煤礦掘進工作中的具體應用進行了探究，以期為提高煤礦掘進質效提供參考。

關鍵詞：煤礦開采" 掘進工作面" 自動化系統" 機電自動化技術

中圖分類號：TD67

Research on the Application of Mechanical and Electrical Electrical and Mechanical Automation Technology in Coal Mine Excavation WorkingRoadway Face

LIU Yong

National Energy Group Co.， Ltd. Comprehensive Mining Service Branch， Yyinchuan， Ningxia Hui Autonomous Region， 301799 750000 China

Abstract： In the process of continuously improving the mechanization level of coal mining， attention should be paid to refined management， combining mechanical and electrical automation technology with various mechanical equipment to achieve automatic monitoring and detection of various situations in the coal mining excavation face， timely discovering abnormal problems and safety hazards during coal mining， and taking effective measures to control and deal with them， in order to promote the smooth development of coal mining excavation operations. This article first analyzes the composition and key technologies of the automation system for coal mine excavation work， and then explores the specific application of various electromechanical automation technologies in coal mine excavation work， in order to provide reference for improving the quality and efficiency of coal mine excavation.

Key Wwords： Coal mining; Excavation working face; Automation system; Mechanical and eElectrical aAutomation tTechnology

煤礦開采環境較為惡劣，在掘進施工過程中需要做到安全高效，不斷提高開采效率，確保能夠滿足社會發展對煤炭資源的要求。煤礦企業要想實現穩定發展，則應根據煤礦開采特點和要求，積極引進先進技術，充分發揮信息技術、智能技術和自動化技術的優勢，提高煤礦企業生產質效。煤礦掘進工作面有效運用機電自動化技術可以改善傳統生產方式的不足，實現自動化開采和安全作業，降低多方面因素的影響和事故問題的發生率，這對煤礦企業良性運營和安全高效開展有著重要意義。

1 "煤礦掘進工作面自動化系統

1.1" 系統構成與工作范圍

煤礦掘進工作面易受到外部環境因素的干擾而引發安全事故，為實現安全開采和高效作業，充分整合智能化、信息化和自動化技術構建煤礦掘進工作面自動化系統，利用先進技術優勢提高煤礦開采效果，規范作業過程，降低操作風險。該系統主要是在煤礦掘進工作面的指定位置安裝傳感器和執行器，利用通信技術實時監控工作面的具體情況和工作狀態，并在人工智能技術的作用下對各項參數進行綜合分析和計算評估，實現精確控制，保證決策合理^[1]。該系統能夠自動采集煤礦掘進工作面的各項數據信息，及時發現異常并預警，還能夠進行遠程控制，可以有效降低掘進作業期間安全事故的發生率。該系統涉及多個系統功能，在多種先進技術系統的支持下形成了自動化程度高、安全高效的自動化平臺，能夠為煤礦生產提供基礎支持，可以實現掘進機自動化、支護自動化、運輸自動化、安全保障自動監控等，該系統的具體工作范圍如圖1所示。

1.2" 系統模型與關鍵技術

煤礦掘進工作面自動化系統中運用的軟件設備有很多，主要涉及傳感器、執行器、可編程邏輯控制器等，根據煤礦開采實際需要進行精準控制。該自動化系統運行期間也需要多種關鍵技術提供支持，如通信技術、數據采集處理技術、傳感器技術等，能夠實現對煤礦掘進工作面的全面監測和自動控制，通過各系統、技術的協調監控可以促進煤礦掘進各環節作業有序開展。煤礦掘進工作面自動化系統模型如圖2所示。

2 "煤礦掘進工作面中的機電自動化技術

2.1" 巖層勘探識別技術

煤礦掘進工作開展之前，需要了解開采區域巖層實際情況，做好勘探與識別工作，獲取準確、全面的地質信息，為煤礦開采提供科學指導。巖層勘探與識別技術應用時，主要利用鉆孔或采掘地質測量等手段，了解開采巖層的構造特征、巖層厚度與分布情況等，也可以運用磁法、電法等探測技術，探測煤礦掘進工作面巖層的物理化學性質，準確識別巖層情況，為調整掘進機負荷、設計開采掘進方案提供可靠依據。合理利用巖層勘探識別技術做好前期準備工作，是煤礦安全開采的前提與保障，其是促進煤礦掘進作業順利開展的關鍵技術。

2.2 "自動監控技術

自動監控技術用于實時監測礦井環境和作業條件，全方位監控和掌握掘進工作面的實際情況，分析開采企業危險問題和安全事故的發生率，便于及時規避和處理。自動化監控技術是煤礦掘進工作面現代化開采中不可缺少的一項技術，主要在礦井中的各個關鍵區域安裝設置傳感器與監控設備，實時采集礦井環境參數和作業狀態數據，經過數據分析和處理，現場工作人員和工程負責人員都能夠及時了解掘進作業面情況，實現高效精準監控^[2]。傳感器、數據處理技術等是自動監控系統中的關鍵技術，傳感器的種類有很多，可以滿足掘進工作面溫濕度、有害氣體、氣壓等參數的監控要求，而后利用數據處理技術對各類參數、數據進行實時動態分析；而且，在先進軟件技術的支持下，還能夠進行人機互動，結合礦井環境和掘進過程中的具體問題采取有效措施應對處理，在遇到問題時可以及時響應并處理，降低造成的影響。

2.3" 自動截割技術

該技術主要利用傳感器技術和自動控制系統實時獲取截割的位置，了解煤礦掘進過程中的切割深度、具體位置和機械速度等，全方位掌握掘進機的運行狀態和工作情況，根據實際自動調整各項參數，完成自動切割。掘進機在巷道截割時容易受到不平衡傾覆力的影響而出現截割偏移現象，從而引起振動和產生噪聲。自動截割技術的應用可以避免上述問題，能夠實時監測掘進設備的運行參數并進行自動調整，保證截割面參數和軌跡準確，能夠規范完成巷道截割工作。該技術應用時會根據具體需要提前設置截割參數，確定設備的運行軌跡，從而實現高精度作業。另外，該技術應用中也可以利用數字信號處理（Digital Signal Processing，DSP[ 2]"）運動控制器對掘進設備的作業范圍進行有效控制，提高自動切割水平。

2.4" 掘錨一體化技術

煤礦掘進工作面常要搭建支護設施輔助掘進，以往主要采用掘進和支護分開完成的“一掘一支”臨時支護方式，整體作業效率不高，工作量較大，還易發生各類風險問題。掘錨一體化技術則是一種綜合性采煤技術，將采礦、掘進和支護作業整合在一起，同步進行生產作業^[3]。具體操作過程中，主要將錨護裝置安裝在掘進機上方，邊支護、邊掘進，無須進行頻繁的生產停頓，可以實施立體支護，保證采礦掘進工作持續、順利開展。掘錨一體化設備的自動化程度較高，能夠在短時間內完成掘進作業，還可以保證作業安全。另外，掘錨一體化技術在應用過程中，利用掘進機液壓系統中的液壓閥門可以根據現實需要自動切換掘進和支護狀態，靈活性較強，操作過程方便快捷，可以有效提高煤礦掘進作業效率。

2.5" 自動糾偏技術

煤礦開采掘進過程中，需要沿著一定軌跡精準掘進，通常要提前確定巷道中心線的位置，以此為依據確定掘進方向，不能出現中途偏離的現象，否則會影響開采質效，也不利于后續煤炭裝運，影響開采效率。若出現偏離設計軌跡的現象，會增加安全事故的發生率。自動糾偏技術應用中主要利用高精度定位技術對掘進機的位置進行精準定位，并利用各類傳感器準確測量位置信息，檢測掘進機的速度、姿態等，通過對這類信息的收集分析處理，為自動糾偏系統提供準確參考依據，會將采集到的信息數據與提前設定的參數和軌跡進行對比，一旦發生偏差會及時糾正。一般會利用掘進機兩側的超聲波測距傳感設備和傾角傳感器等來判斷設備與巷道兩側的距離，確定掘進設備的前進方向，保證掘進工作面位置準確。

3 "案例分析

"3.1" 機電自動化技術應用

以北方地區某大型煤礦開采為例，煤礦所處區域地質條件復雜，掘進工作易受到多方面因素的影響，若采用傳統的掘進作業方式，則無法保證作業效率，還易發生安全問題。為實現安全高效作業，該煤礦積極引進了多種機電自動化技術。根據作業需求引入了自動化掘進機，不會受到人為因素的影響，可以實現連續高效作業；利用先進的可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）技術和數據采集與監視控制系統（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA[ 3]"）動態監測煤礦掘進作業面的各項數據信息，及時調控各類機械設備，保證運行狀態；還在掘進設備的重要位置和工作面關鍵區域布置了多種類型傳感器，實時監測監控掘進作業面的空間環境、地質條件和設備狀態，便于后續精準調控；利用工業以太網實時傳輸各類數據，便于遠程操控和及時響應。

3.2" 成果與效益分析

多種機電自動化技術和設備的應用，有效提升了生產作業效率，與傳統方法相比掘進速度提升了30%；雖然前期投入成本增加，但是后續掘進過程中的安全性、穩定性與持續性可以得到保障，人力成本和維修成本都得到了有效控制；在多種先進技術和系統的作用下，能夠及時發現異常并發出警報，便于技術人員第一時間進行妥善處理，降低了對煤礦開采質效和生產安全的影響。由此可見，機電自動化技術在煤礦生產和開采中的應用效益較高，具有廣闊的發展前景。

4 "結語

機電一體化技術逐漸趨于成熟，在煤礦開采中得到了廣泛應用。多種自動化技術的應用能夠對煤礦掘進工作中的各項參數信息進行精準把控，還能夠智能識別和監控掘進工作面的環境條件，自動化完成各項工作任務，使煤礦掘進作業更加安全、可靠，進一步完善了煤礦掘進系統，在實際工作中能夠有效規避安全隱患，提高掘進自動化水平，可以滿足多種地質條件下的煤炭開采要求。在今后發展中，煤礦企業也要順應時代發展腳步，不斷更新自動化技術，完善機電自動化體系，確保相關技術能夠發揮出更大作用。

參考文獻

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