机电自动化技术在煤矿掘进的应用

摘要：煤矿采掘容易受地质环境因素影响，采用机电自动化技术能够在保证采掘作业安全的同时，提高工作效率和质量。基于此，文章对机电自动化技术及其在煤矿采掘中的应用情况展开了分析，从煤巷截割、掘进纠偏、煤岩识别等多个角度探讨了煤矿掘进工作面上机电自动化技术的应用方法。

关键词：机电自动化技术；煤矿掘进；工作面

在复杂的地形、地质条件下，煤矿开采具有较大的难度。伴随着科学技术的发展，煤矿产业开始向着自动化生产方向转型，通过技术进步解决煤矿开采难题，推动行业的创新发展。而在煤矿掘进工作面上开展开采作业，想要达到高效生产目标还要加强机电自动化技术运用，促使煤矿采掘水平得到整体提升。

1机电自动化技术及在煤矿采掘中的应用

在工程机械领域，机电自动化技术占据重要地位。采取该技术对机械数据信息进行采集、处理，能够使机械设备按照设定好的数据参数高效、精确地执行动作，在提高生产效率的同时，保证生产质量。作为交叉学科，机电自动化技术涉及计算机、网络通讯、光学等多个学科，伴随着相关技术的发展，获得了明显技术优势，在煤矿采掘生产中得到了应用。在煤矿采掘中，掘进面开采属于系统工作，需要看成是一个整体来实现自动化生产，降低煤矿采掘难度。在采掘生产中，运用各种自动化设备，可以实现对排水、通风等各种信号的控制，使采掘工作效率得到提升，达到增收目标。在煤层条件复杂、厚度存在显著差异的情况下，需要利用综合机械化设备实施掘进，包含带式输送机、掘进机、锚杆机等，还要加强各种信号的测量。通过自动化控制高效完成割煤、采煤、装煤等各项工作，在保证掘进工作安全的同时，使煤矿开采的日产量得到提高。因此，在煤矿掘进工作面上，采用的机电自动化系统结构复杂，各部分控制保持密切关联，确保采掘面得到整体管控。通过对人力生产进行替代，应用机电自动化技术能够排除人为因素带来的干扰，使煤矿掘进总体合格率和效率得到提升，也能为人员作业安全提供保障，减少危险事故的发生，对煤矿企业来讲具有重要意义。

2机电自动化技术在煤矿掘进工作面中的应用

2.1煤巷自动截割分析。煤巷为依据采掘断面形成的输出巷道，在采用掘进机进行作业时需要实现自动截割分析，根据截割头位置自动开展作业。实际在巷道作业期间，掘进机有对心和偏心2种不同状态作业。处于对心状态，掘进机可以按照一般作业流程进行机械操作。但如果遭遇倾覆力不平衡的情况，机械设备将发生偏心，还要加强截割面参数和轨迹的调整，在保证作业精度的同时，避免设备出现过大噪音或振动。应用自动截割技术，需要利用导航获得截割轨迹，确定截割头坐标，并通过DSP运动控制器实现作业闭环控制，保证设备能够高效运行。配合采用传感器、数字控制等技术，合理设置作业参数，得到科学断面切割轨迹，能够使截割头按照预设路线开展作业。采用DSP闭环控制方案，能够实现高精度控制，保证截割面尺寸在设定范围内。结合控制要求，还要运用相关理论加强截割范围分析，以回转台为中心在巷道上进行切球面投影。通过使切割范围始终处于圆内，不断转换作业位置，能使掘进机在循环作业过程中按照指定线路进行工作面截割。2.2掘进自动纠偏分析。在工作面掘进过程中，需要采用掘进机，配合采用液压控制方式能够实现数据精确调整，达到准确定位和纠正偏差的效果。设置相关传感器和控制开关，利用GPS定位系统进行开关动作识别，能够及时发现机械设备动作跑偏或闭锁问题。将信息传输至中央系统，运用算法进行故障诊断和识别，能够使问题得到及时处理。针对掘进机，还要结合巷道中心线确定设备位置和运行方向，判断是否存在作业偏差。采用三维电子罗盘仪，能够根据设备运行方向和地磁正北方向夹角分析得到设备中心线与巷道中心线偏差距离。配合采用激光指向仪，在掘进机左右布置超声波测距仪传感器，能够根据距离和时差确定中心线与传感器距离。按照技术规范，需要在设备左边配置2个超声波测距仪传感器，右边配置3个。采用二轴倾角传感器，能够对偏角和设备机身倾角进行测量。经过控制单元运算后，可以得到调整角度和距离，然后利用电磁阀、行走马达等控制装置实现动态调整，达到纠正掘进机位置和运行方向的目标，确保掘进机能够始终按照目标方向开展掘进作业。2.3煤岩自动识别分析。在煤矿采掘过程中，需要做到高效识别煤岩，以便使工作面的开采效率和采煤质量得到提升。在不同地层深度，地质条件存在明显差异，使得开采作业将面临不同难度。采掘设备能否与之适应，直接影响煤层开采效果。而能否进行周围岩层硬度的准确识别，从而实现采掘设备控制调整，将对煤层切割速率产生重要影响。应用煤岩自动识别技术，可以根据截割设备电机电流、转速和油缸压力变化确定岩石硬度变化，根据参与关系对煤层和岩石层进行识别，确定二者分界面。对顶板和底板进行截割过程中，可以采用该技术加强作业负荷分析，合理进行煤岩界限判断。如在底板截割过程中，轨迹在底板范围遭遇岩石，可以判断为夹矸，为保证作业安全，还应将电磁比例阀速度调低。在底板以下遭遇岩石，可以判断为底板，应对截割头进行持续抬升，通过水平截割高效作业，直至恢复到原本作业形式。2.4井下自动监控分析。掘进工作面位于井下，需要加强通风、煤炭运输等各方面控制管理，保证井下作业高效开展。实现自动监控，能够对各类信号进行采集，为机械设备控制提供数据支撑。在掘进作业期间，工作面可能排出瓦斯，需要利用通风系统将瓦斯排出矿井，以免因井下瓦斯浓度增加出现安全事故。从系统组成上来看，包含控制站、集控中心和终端。集控中心位于地面，能够获取通风系统数据，并通过数据分析和显示加强控制管理。控制站由PLC控制器、光纤交换机等构成，能够采集和传输信息。采用监控系统进行井下瓦斯浓度监测，并利用智能通风控制站实现风机等设备的运行调节，能够使井下通风问题得到顺利解决。针对煤炭运输环境，还要采用自动化监控系统完成设备温度采集，以免因为负荷重量过大导致电机长期超负荷运行，出现温度突破临界值的情况，最终出现停机问题。布置温度传感器等装置，能够将设备温度转化为信号，通过实时监控确认皮带机工作状态。发现温度过高，将利用电流变速器对电机电流进行限制，避免设备出现过热问题。2.5掘锚自动切换分析。在工作面开展掘进作业容易受复杂地质条件影响，在环境较为恶劣的情况下，还要通过边掘进边锚固保证作业安全。采用掘锚一体化机组，对掘进设备和锚固设备实现联合自动化控制，能够保证工作面得到安全支护，为各项掘进作业开展提供全面保障。实际在巷道断面位置，结构安全将直接受到层宽影响。断面构造可能存在矩形角度，周边岩石硬度不足，在承受各方压力时将导致支护结构面临较大压力。因此采用锚杆支护方式，还要严格控制岩石压力。将锚固装置与掘进机联动控制，如图1所示，需要配合掘进巷进行自动化临支护，并采用配套自主性钻臂保证结构稳定，使支护作用得到最大限度发挥。具体来讲，就是在掘进机上方设置配套锚固装置，在掘进机不退机的条件下可以进行顶帮锚杆支护。从锚固装置整体结构上来看，主要包含升降油缸、换向阀、顶架等部分，利用液压系统带动油路进行支护操作。在掘进过程中，装置能够根据工作模式实现油路自动切换，将掘进机液压系统压阀切换至锚固装置油路，继而顺利实现锚杆支护。

3结论

为加快推动煤矿生产技术的发展，还要加强机电自动化技术的运用，使煤矿掘进工作面的开采水平得到不断提高，满足企业的安全、高效生产要求。在实践应用过程中，还应结合煤巷截割、掘进纠偏、煤岩识别等各个环节的作业要求实现机电技术改进，通过加强自动化控制排除各种因素的干扰，使技术在工作面掘进过程中发挥更大作用。

参考文献：

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作者:刘朗 单位:神东煤炭集团大柳塔煤矿