机电自动化技术在煤矿掘进工作的应用

时间:2022-11-03 08:45:34

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机电自动化技术在煤矿掘进工作的应用

【摘要】煤炭开采行业对于我国经济社会的发展起到了重要的推动作用,那么如何在掘进工作面中,合理应用我国引进的先进技术,成为相关技术人员以及企业的关注焦点。本文主要阐述了我国煤炭行业的现状、煤炭掘进面机电自动化技术,以及机电自动化技术在煤炭掘进工作面的具体应用,以供技术参考。

【关键词】煤炭;机电自动化技术;煤炭掘进面

近年来,随着科学技术的进步,煤炭开采技术也得到了极大的发展,特别是煤体开采的自动化水平显著提高。但是我国煤炭的综合掘进工作面技术远远要落后于综合开采工作面的技术,这大大影响了煤矿的整体工作效率。此外,我国煤矿生产过程的环境比较恶劣,时常发生安全事故。而机电自动化技术应用在煤矿生产过程中,能极大地提高煤矿生产效率和生产安全,所以必须加大对综掘工作面自动化技术的研究,从而促进综掘工作面向安全、高效方向发展。

1煤矿掘进工作面自动化系统

目前我国煤矿开采已经进入到深井作业,煤矿掘进工作中需要使用大量的生产设备,但是这些生产设备对生产环境要求很高,如果环境没有达到生产的标准,那么就会影响设备的正常运转。自动化技术应用在煤矿掘进工作面中,可以准确的测量出掘进工作中的各项参数,从而形成掘进自动运转。在煤矿生产过程中,掘进面是一项复杂的系统工程,想要实现掘进自动化生产,则必须将煤巷看成一个整体,将煤巷掘进当作一个控制的对象,它的输出是根据断面的要求成形的原煤和煤巷,煤壁当成一个目标。同时还要考虑到煤矿生产当中的一些信号,这些信号有可控的也有不可控的,而这些信号又关系到煤矿的通风、排水、运输、瓦斯监控等等。1.1自动化系统的应用范围。我国煤矿资源丰富多样,且地质条件相对复杂,煤层深处最浅不足一米,最深长达几十米,煤矿掘进主要采用的是单巷掘进模式。在煤矿的煤层厚度处于零点几米到几十米之间的范围内,相关煤矿的巷道主要是以单巷进尺应用技术。那么,我国煤矿当前使用的综合机器如转载机、悬臂式掘进机、通风除尘机等,于这类先进化配备而言,悬臂式掘进机是重要配备机器之一,其工作任务主要是对于掘进作业面施行采煤、割煤以及装煤。因此,为促进煤巷掘进工作面智能化技术的发展,务必对掘进工作面进行智能化的探究,并需以煤巷悬臂式掘进机为主。煤矿生产环境恶劣,自动化技术的应用对于煤矿的生产至关重要,能够改变传统的工作模式,提高生产效率,提高经济效益。1.2自动化系统模型。根据上述自动化技术应用范围的探析可明确,自动化系统的构建需要解决以下问题:一是确保掘进与支护操作的自动化、平行化,确保两者可同步进行;二是确保质料输送与原煤的持续自动化同步进行;三是确保安全系统的自动化。同时满足这些条件,才能够确保自动化系统的完美配合,使得整个系统高效运行,提高生产效率。那么我们也需要开展创新技术,通过系统模型来实现掘进工作面自动化控制系统。采用系统模型能有效促进自动控制程序的各个部分在工艺、构造等环节均可互相合作,相辅相成,在性能中的运用也可以起到推动的作用。和谐配合,最终促使全部控制系统可以达到高效性。稳定性的运转,但是要想完成掘进工作面自动控制系统,就要使技艺一直改革,同时也要把各个方面的技艺融合在一块。

2机电自动化技术在煤矿掘进工作面中的应用

煤炭掘进工作面自动化系统主要包括高效生产和安全生产两个方面。其中高效生产主要是依靠掘锚机组的运输自动化和集成系统等问题,安全生产则是利用掘进工作面自动化技术工作时产生的振动、粉尘、瓦斯、通风等问题。2.1岩层识别技术。岩层的识别直接影响煤矿开采的效率,而采煤掘进机截割负荷大小的差异直接影响煤层和岩层硬度识别能力,具体体现在掘进机截割作业的运行速度上。当掘进机对煤层和岩层进行截割的时候,截割电流、油缸旋转和升降压力的变化都会影响从而影响对煤层和岩层的识别,掘进机对岩层和煤层的识别功能通过同一巷道截割不同参数从而对煤层和岩层界面进行判断,在掘进机截割中,顶板和底板会依据岩、煤层的参数对其加以识别。比如当掘进机沿着底板进行截割时,若截割的轨迹在底板以上形成,在其遇到岩石后可以判断为夹矸,此种情况下作业员只要通过调节电磁比例阀就会继续进行截割;如果在截割底板下面遇到岩石则可以判断为底板,可以通过天宫截割头进行作业,直到发现煤层为止。2.2自动截割技术。采煤掘进机在作业时,自动截割技术与数控加工技术、传感器技术、运动控制技术等结合起来,可以实时获取截割头空间位置坐标、截割轨迹和导航,并根据这些数据信息调整掘进机作业。掘进机在巷道作业时的状态分为偏心和对心两种,掘进机处于对心作业,只要按照正常的操作流程进行操作就可以了,如果掘进机在作业时受到不平衡倾覆力的作用,位置可能会偏离,会产生很大的噪音和振动现象。因此遇到这样的情况,必须合理设置截割面的参数和轨迹,确保截割头按照作业预设的要求进行作业,然后为了提高作业的精准度,再按照DSP运动控制器进行闭环控制。比如想要确定截割面的尺寸大小,则要根据截割范围,也就是回转台中心的切削球面在巷道横断面形成的圆形投影,截割的范围必须在这个圆形投影内。2.3自动监控技术。煤矿是高位行业,所以对煤矿采掘面的全面监控很有必要。由于目前大多数矿井基本都是深井作业,矿井的深度一般在500~1000米,矿井作业的工作环境十分复杂,可能会出现各种情况,为了保证确保生产的安全,因此会对矿井进行监控。现代煤矿监控内容十分丰富,有井下作业人员定位跟踪、井下安全监控、井下通信系统、电网监控、工业电视等内容。为及时了解采煤掘进面的工作情况,比如掘进的速度、空隙水的压力等情况,必须对采煤掘进面安装监控设备,监控设备会将信息及时传入到矿井的信息控制中心,然后工作人员根据采掘面的运行环境,做出相应的决策,如果工作环境不适合继续作业,那么信息中心的工作人员可以立即通知采掘面的作业人员,及时撤离,从而避免安全事故的发生。掘进面的自动监控技术是通过组态软件实现的[1],而组态软件是上位机采集可编程的控制器数据信息,从而进行有效的监控。它的主要功能是对数据进行存储、整理、参数显示等。上位机是采用个人计算机实现的,而下位机则是由现场从基站和PLC控制系统组成,然后利用计算机软件实现人机互动,从而达到监控的功能。2.4掘锚一体化技术。矿井掘进作业时,一般会搭建临时支护设施,传统的支护按照“一掘一支”的原则,也就是掘进和支护分开作业,这样大大影响了作业的效率,因此矿工的工作时间长、劳动强度大,很容易产生疲劳,从而影响到作业安全。近年来,随着煤矿产业的快速发展,为了提高综掘的工作效率,对掘进技术进行了改进,在掘进机的上方安装配套的锚护装置,掘进机在不退机的情况下,也能完成顶帮锚杆支护[2]。这种配套的锚护装置由升降油缸、顶架、伸缩油缸、换向阀、管理和分流集阀等组成。其工作的原理是根据掘进机自身液压系统液压阀切换到掘进作业的油路,从而实现顶帮锚杆支护。而且这种支护在操作的时候,不会影响掘进的掘进作业,切换比较方便。2.5掘进机自动纠偏技术。当掘进在运行过程中要完成截割落煤、装煤和运煤整个工作流程,然后到下一个截割工作流程中,为了保证掘进机在作业时,始终沿着巷道的中心线前进,而不发生偏移,在掘进机进行下一个掘进工作任务时,必须对其进行自动纠偏操作。掘进机是否能满足自动纠偏的功能,就要从它的位置和方向加以判断[3]。三维电子罗盘仪是判断掘进机方向的主要元件之一,它主要是根据正北方向和掘进机掘进方向的夹角,从而判断出掘进机巷道中心线和掘进机中性线的角度偏差,在此基础上通过激光梁川:机电自动化技术在煤矿掘进工作面中的应用指示仪对方向进行指正,从而起到控制掘进机掘进方向的作用。掘进机巷道中心线和掘进机掘进中性线偏离的位置通常采用超声波测距传感器电子元件判断,该元件通常在设备的左右两边设置,分别设置2~3个,通过超声波回声测距和精确测量时差就能对传感器和掘进目标之间的距离进行准确判定,再利用二轴倾角传感器检测水平面和机身俯仰角是否沿着预设的位置掘进。还可以通过比例电磁阀、行走马达和PLVC单元调整掘进机掘进的位置和方向。2.6通风监控系统。矿井通风情况直接影响矿井的正常运行,当矿井通风系统出现问题,系统无法及时排出瓦斯,导致矿井瓦斯浓度增加,很容易引起瓦斯爆炸,因此掘进工作面的通风系统非常重要。利用通风监控系统,可以及时了解地面的通风情况,因此在掘进工作时,需要利用自动化控制技术实现对其的监控。监控系统由终端设备、智能通风控制站、地面集控中心三个部分组成。其中地面集控中心是整个控制系统的核心部分,它的功能是处理和分析掘进面通风设备检测数据信息,并将通风设备运行情况、通风量、瓦斯浓度等信息显示在监控系统的屏幕上。智能通风控制站由PLC控制器、光纤交换机、隔爆光端机等组成,能够对监控设备采集、通信等技术进行控制。终端设备主要用于通风系统的电流、电压以及采集掘进工作面的温度、风速、风量、瓦斯浓度等信息,然后通过智能通风控制站对通风系统进行控制。2.7掘进工作面的运输自动化技术。随着煤矿行业的发展,井下作业对运输的要求越来越高,巷道维护的工作量也越来越大,所以实现运输自动化很有必要。掘进工作面的运输自动化技术主要是通过其控制室对输送机进行集中控制,控制器对带式输送机点击开关、掘进机状况、除尘风机开关等机械连锁控制。设备采集终端对输送机机尾、堆煤、电机电流、速度、温度等数据信息,当设备出现故障,控制器会自动可以实现紧急电话通知、叫急叫停等控制功能,从而实现运输自动化[4]。2.8自动探水技术。矿井在深井作业时,在挖掘的过程中,可能会遇到断层、裂缝等情况,造成大量的地下水涌入工作面,影响到采掘工作的正常运转。所以在掘进前,必须对掘进工作面进行探测,是否存在断层,是否有大量的地下水,根据探测的结果,设置掘进的面积和范围。因此在掘进机安装激光追踪仪,在距离掘进机有一定距离的支架上安装3D传感器,或者在控制柜内安装PLC控制系统,当掘进机作业时,根据探测机与探水的安全作业距离达到了预设范围,掘进机能自动停止作业[5]。煤矿生产需要大量的机电设备,自动化技术在煤矿生产中应用的范围也越来越广,机电自动化技术已经成为了现代煤矿企业生产中重要的组成部分。但是我国的煤矿自动化水平还需要进一步提高,因此还需要煤矿设备制造商、煤矿开采工艺设计、计算机以及信息技术的相关人员通力配合,开发出质量更好、灵敏度更高的自动化采煤设备,从而不断提高我国煤矿掘进工作面的自动化水平,提高我国煤矿企业生产效率,促进我国煤矿工业的高效、安全发展。

作者:梁川 单位:阳泉煤业(集团)有限责任公司安全监察局

【参考文献】

[1]高亚超.机电自动化技术在煤矿掘进工作面中的应用研究[J].化工管理,2015(6):176-177.

[2]唐俊飞.机电自动化技术在煤矿掘进工作面中的应用研究[J].内蒙古煤炭经济,2015(8):34-35.

[3]张维扬.机电自动化在煤矿中的应用分析[J].山东工业技术,2016(12):198-198.

[4]张和平.浅述煤矿机电自动化实用技术及其应用[J].科技创新与应用,2015(18):152-152.

[5]司留龙.煤矿机电如何创新应用自动化技术[J].电子世界,2014(16):263-264.