煤礦掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)應(yīng)用

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摘要：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，企業(yè)需要結(jié)合實(shí)際情況并提出符合自身復(fù)雜地質(zhì)條件施工的掘進(jìn)工藝，針對(duì)當(dāng)前我國(guó)煤礦業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀以及影響掘進(jìn)機(jī)電控的因素展開分析，并提出機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)的具體應(yīng)用，確保自動(dòng)化技術(shù)能夠更好地為煤礦開采作業(yè)提供幫助，推動(dòng)煤礦行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：掘進(jìn)機(jī)機(jī)電技術(shù)生產(chǎn)效率自動(dòng)截割技術(shù)

引言

在我國(guó)社會(huì)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(guó)國(guó)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(guó)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(jī)電自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用水平，以此來(lái)優(yōu)化煤礦行業(yè)的掘進(jìn)體系，確保我國(guó)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(guó)現(xiàn)代化社會(huì)基礎(chǔ)建設(shè)提供有力支持。

1當(dāng)前我國(guó)煤礦業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國(guó)煤礦行業(yè)在國(guó)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(guó)，同時(shí)也擁有千萬(wàn)噸級(jí)的煤礦裝備量。伴隨著我國(guó)社會(huì)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(duì)我國(guó)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(duì)當(dāng)前我國(guó)煤礦業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀以及影響掘進(jìn)機(jī)電控的因素展開分析。

2影響掘進(jìn)機(jī)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(jī)電氣控制的因素有內(nèi)、外兩個(gè)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(jī)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(duì)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(chǎng)工作的所有技術(shù)和安全要求，更要保證可靠的操作時(shí)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(cè)試和試驗(yàn)，以確保電氣控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.2通信的可靠性

電氣控制系統(tǒng)的智能化已經(jīng)擴(kuò)展到礦山電氣設(shè)備的更新，PLC與計(jì)算機(jī)、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(duì)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(yàn)、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(lái)控制強(qiáng)電，在電控箱中，既有強(qiáng)電啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)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(dòng)，甚至影響PLC內(nèi)部存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的破壞，從而導(dǎo)致主機(jī)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(dú)立型殼體封閉式PLC、模擬輸入信號(hào)與數(shù)字信號(hào)分離、采用獨(dú)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(dòng)、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(dòng)和潮濕問題。

3機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)在煤礦掘進(jìn)方面的具體應(yīng)用

3.1掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)截割技術(shù)

掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)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(lái)的[2]。在煤礦掘進(jìn)施工中，一種是對(duì)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(jī)在施工面掘進(jìn)過程中，受煤層結(jié)構(gòu)和設(shè)備強(qiáng)度等各方面因素的影響而出現(xiàn)噪音過度干擾和震動(dòng)的狀態(tài)，從而對(duì)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(shí)際需求，合理設(shè)置掘進(jìn)機(jī)的切割方向與截割斷面，利用數(shù)控技術(shù)、傳感器以及機(jī)械控制系統(tǒng)來(lái)決定截割頭的位置坐標(biāo)，以此來(lái)使掘進(jìn)機(jī)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(duì)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(lái)制定出掘進(jìn)機(jī)的截割范圍與方向，如圖2所示。

3.2掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)糾偏技術(shù)

通常情況下，掘進(jìn)機(jī)中每個(gè)施工內(nèi)容都包括截割、裝運(yùn)煤等環(huán)節(jié)，而結(jié)合機(jī)電自動(dòng)化系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)置，掘進(jìn)機(jī)在每次循環(huán)工作完成之后，都需要按照下一步計(jì)劃來(lái)調(diào)整方向與操作。并且為了能夠使每個(gè)工作循環(huán)步驟連接在一起，工作人員可以利用掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)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(jī)能夠按照工程需求來(lái)完成自動(dòng)糾偏，以此來(lái)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(diǎn)問題。首先，掘進(jìn)機(jī)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(duì)此不僅需要安裝三維電子羅盤來(lái)幫助掘進(jìn)機(jī)根據(jù)地磁方向來(lái)計(jì)算行進(jìn)偏差，同時(shí)還要利用超聲波檢測(cè)技術(shù)來(lái)計(jì)算巷道中心線和掘進(jìn)機(jī)中心線之間的偏差。以此來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)糾偏的目的，如圖3所示。其中θ為掘進(jìn)機(jī)中心線與行進(jìn)方向的角度。

3.3掘進(jìn)機(jī)煤巖識(shí)別技術(shù)

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(huì)出現(xiàn)相互交替的問題，這種問題不僅對(duì)掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)工作十分不利，甚至還會(huì)對(duì)其設(shè)備造成一定的損傷[3]。通常情況下，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)截割遇到巖石層的時(shí)候，設(shè)備電流、壓力以及電機(jī)等屬性都會(huì)發(fā)生十分明顯的變化。而正是這種差異化，就會(huì)導(dǎo)致掘進(jìn)機(jī)負(fù)荷程度受到影響，甚至還會(huì)影響到設(shè)備的使用壽命。所以為了避免巖石層對(duì)掘進(jìn)機(jī)頭造成損壞，則需要利用自動(dòng)識(shí)別煤層技術(shù)，在針對(duì)底板進(jìn)行截割時(shí)，如果掘進(jìn)機(jī)遇到巖石層，那么就可以通過傳感器的自動(dòng)反饋來(lái)降低工作速度，以此來(lái)減少掘進(jìn)機(jī)的負(fù)荷程度，有效確保其使用壽命。此外，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)通過巖石層到達(dá)煤層之后，工作速度就會(huì)恢復(fù)到正常屬性值，以此來(lái)提高掘進(jìn)機(jī)工作效率，如圖4所示。

3.4自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)

雖然目前煤礦行業(yè)在掘進(jìn)過程中都會(huì)利用大型工業(yè)設(shè)備來(lái)完成掘進(jìn)工作，但是為了能夠?qū)κ┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)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(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行判斷，以此來(lái)保證煤礦巷道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使其能夠正常運(yùn)行。對(duì)此，必須要將數(shù)據(jù)采集裝置、存儲(chǔ)裝置以反饋裝置，利用自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行合成，通過PC機(jī)控制系統(tǒng)，完成掘進(jìn)內(nèi)容檢測(cè)。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(xiǎn)事故。

3.5強(qiáng)化安全管理

雖然我國(guó)煤礦掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)的安全管理相對(duì)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(qiáng)安全管理。為了提高采掘機(jī)電控系統(tǒng)的安全性，必須在設(shè)計(jì)和使用過程中建立合理的安全管理體系，以提高掘進(jìn)機(jī)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(jī)電控系統(tǒng)的有效保障。對(duì)此，有關(guān)人員在設(shè)計(jì)之初，應(yīng)針對(duì)煤礦掘進(jìn)機(jī)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(yǔ)

從現(xiàn)有煤礦開采作業(yè)中的自動(dòng)化技術(shù)分析來(lái)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(qiáng)安全防護(hù)的同時(shí)，保證原煤運(yùn)輸和材料運(yùn)輸自動(dòng)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(dòng)化技術(shù)能夠更好地為煤礦開采作業(yè)提供幫助，推動(dòng)煤礦行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展?？紤]到這一點(diǎn)，相關(guān)人員應(yīng)充分重視掘進(jìn)機(jī)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。

參考文獻(xiàn)

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[3]李旭.機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)在煤礦掘進(jìn)工作面中的應(yīng)用研究[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2020（2）：55.

作者:趙良 單位:晉能控股煤業(yè)集團(tuán)永定莊煤業(yè)公司機(jī)掘一隊(duì)