綜掘自動(dòng)化及升級(jí)改造技術(shù)

作者：智宏科信 2021-08-20 10:35 來(lái)源：能源科技成果轉(zhuǎn)化服務(wù)平臺(tái) 綜掘技術(shù)

　　導(dǎo)語(yǔ)

　　實(shí)現(xiàn)煤礦少人化無(wú)人化智能開(kāi)采是礦山企業(yè)的發(fā)展方向，自動(dòng)化程度高才能實(shí)現(xiàn)少人甚至無(wú)人。本期轉(zhuǎn)化果平臺(tái)推薦的《綜掘自動(dòng)化及升級(jí)改造技術(shù)》，圍繞智能綜掘及綜掘自動(dòng)化改造關(guān)鍵技術(shù)，介紹了5種綜掘自動(dòng)化配置方案，這些方案通過(guò)應(yīng)用表明，效果良好!能夠滿(mǎn)足大多數(shù)礦井在綜掘初級(jí)智能化階段的升級(jí)改造需求，為實(shí)現(xiàn)礦井綜掘少人化、無(wú)人化提供切實(shí)可行的解決方案。

　　一、技術(shù)背景

　　煤礦井下作業(yè)安全第一，實(shí)現(xiàn)少人化無(wú)人化采掘?qū)⑹?a href=http://getpedicuristjobs.com target=_blank class=infotextkey>煤礦開(kāi)采科技進(jìn)步的課題，自動(dòng)化程度的提高是其關(guān)鍵途徑。機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化是煤礦開(kāi)采的發(fā)展趨勢(shì)(機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人、智能化無(wú)人)。

　　在我國(guó)的煤炭工業(yè)生產(chǎn)中，懸臂式掘進(jìn)機(jī)作為一種廣泛使用的采掘設(shè)備占有極其重要的地位。雖然我國(guó)掘進(jìn)機(jī)已有長(zhǎng)足發(fā)展，但是還存在如下問(wèn)題：

　　1.掘進(jìn)面工作環(huán)境惡劣，用工人數(shù)多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，安全隱患多。

　　2.掘進(jìn)機(jī)司機(jī)培養(yǎng)難度大、周期長(zhǎng)，且工作環(huán)境惡略，招工困難。

　　3.掘進(jìn)機(jī)操作自動(dòng)化水平較低，掘進(jìn)機(jī)司機(jī)手動(dòng)操作并根據(jù)感覺(jué)定位和定向，截割斷面超挖和欠挖現(xiàn)象嚴(yán)重，截割形狀質(zhì)量較差。

　　自動(dòng)掘進(jìn)現(xiàn)階段部分煤礦實(shí)現(xiàn)自動(dòng)截割、記憶截割、一鍵截割等，多基于一次進(jìn)刀，然后支護(hù)，效率提升對(duì)于整個(gè)掘進(jìn)工況微乎其微，所以掘進(jìn)支護(hù)之間的銜接制約著掘進(jìn)工作面自動(dòng)化的發(fā)展，若要實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)自動(dòng)化，必須掘進(jìn)支護(hù)同時(shí)作業(yè)，才能提高效率，減少人工操作。

　　二、智能綜掘關(guān)鍵技術(shù)

　　1.機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用

　　自動(dòng)截割的實(shí)現(xiàn)是基于截割頭運(yùn)動(dòng)相對(duì)于掘進(jìn)機(jī)本體運(yùn)行的軌跡記憶控制功能，定位截割頭與本體相對(duì)位置關(guān)系，配合液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)由控制器根據(jù)軌跡坐標(biāo)，完成截割動(dòng)作，以掘進(jìn)機(jī)為例，需要掘進(jìn)機(jī)提供截割升降油缸位移信號(hào)，左右回轉(zhuǎn)油缸位移信號(hào)，保持掘進(jìn)機(jī)本體位置，即可實(shí)現(xiàn)截割頭運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)時(shí)控制及跟蹤功能。

　　自動(dòng)截割的難點(diǎn)：

　?、倬蜻M(jìn)工作面煤質(zhì)不同，截割過(guò)程中出現(xiàn)各種不規(guī)律變化，如垮落，軟硬夾矸石等情況，均會(huì)影像截割頭運(yùn)動(dòng)軌跡(包括機(jī)身本體運(yùn)行軌跡)。

　?、趫?zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器誤差，由于煤礦設(shè)備大部分執(zhí)行機(jī)構(gòu)為液壓驅(qū)動(dòng)裝置，執(zhí)行精度及響應(yīng)時(shí)間都會(huì)導(dǎo)致截割頭最終執(zhí)行誤差。

　　③定位技術(shù)受煤礦井下環(huán)境限值，包括元器件煤礦安全標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證要求限值等因素。

　　自動(dòng)進(jìn)尺：

　　要想實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)工作面的智能化工作，在掘進(jìn)過(guò)程中必須實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)進(jìn)尺，現(xiàn)在煤礦井下大多采用紅外激光指向儀作為進(jìn)尺定位標(biāo)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)尺需要以地測(cè)定位標(biāo)為基準(zhǔn)，采用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、激光掃描系統(tǒng)、慣導(dǎo)與激光掃描融合系統(tǒng)等計(jì)算掘進(jìn)機(jī)本體在工作面成型軌跡中的坐標(biāo)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)進(jìn)尺。

　　2.定位技術(shù)的應(yīng)用

　?、俸轿煌扑惴ㄔ矶ㄎ唬和勇輧x、加速度計(jì)。

　　②極點(diǎn)定位、多邊定位、質(zhì)心定位等：基站、激光掃描、超聲波。

　?、圻h(yuǎn)程遙控視頻監(jiān)控人工干預(yù)：視頻音頻采集、遠(yuǎn)程無(wú)線信號(hào)傳輸、遠(yuǎn)程無(wú)線遙控技術(shù)。

　　定位系統(tǒng)是以確定空間位置為目標(biāo)而構(gòu)成的相互關(guān)聯(lián)的一個(gè)集合體或裝置(部件)。通過(guò)定位系統(tǒng)可以確定被測(cè)物體在相對(duì)空間內(nèi)坐標(biāo)，從而建立坐標(biāo)系實(shí)現(xiàn)物體在既定軌跡空間內(nèi)相對(duì)位置追蹤位置控制等。

　　表1 三類(lèi)導(dǎo)航技術(shù)比較

　　三、綜掘自動(dòng)化改造關(guān)鍵技術(shù)

　　1.遠(yuǎn)程遙控掘進(jìn)機(jī)

　　系統(tǒng)配置：遙控器發(fā)射器、遙控器接收器、先導(dǎo)電磁液壓閥、安裝附件。

　　原有掘進(jìn)機(jī)系統(tǒng)升級(jí)，井下即可操作，不影響正常生產(chǎn)班工作。

　　2.遠(yuǎn)程可視化遙控掘進(jìn)

　　系統(tǒng)配置：遙控器發(fā)射器、遙控器接收器、先導(dǎo)電磁液壓閥、防爆攝像儀、工業(yè)防爆計(jì)算機(jī)、光纖基站交換器、遠(yuǎn)程操作臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)傳輸基站、其他安裝附件等。

　　3.遠(yuǎn)程可視化遙控截割輪廓限位掘進(jìn)

　　系統(tǒng)配置：遙控器發(fā)射器、遙控器接收器、先導(dǎo)電磁液壓閥、防爆攝像儀、工業(yè)防爆計(jì)算機(jī)、光纖基站交換器、遠(yuǎn)程操作臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)傳輸基站、防爆高清透塵攝像儀、圖像識(shí)別追蹤輪廓軌跡限位軟件、其他安裝附件。

　　4.遠(yuǎn)程遙控自動(dòng)截割掘進(jìn)

　　系統(tǒng)配置：遙控器發(fā)射器、遙控器接收器、先導(dǎo)電磁液壓閥、防爆攝像儀、工業(yè)防爆計(jì)算機(jī)、光纖基站交換器、遠(yuǎn)程操作臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)傳輸基站、防爆高清透塵攝像儀、圖像識(shí)別追蹤輪廓軌跡限位軟件、掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控組態(tài)軟件、截割升降、回轉(zhuǎn)等油缸傳感器、其他安裝附件。

　　5.遠(yuǎn)程遙控自動(dòng)定位巷道自動(dòng)成型掘進(jìn)

　　四、應(yīng)用案例

　　某煤礦綜掘機(jī)遠(yuǎn)程智能操控改造主要從機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、遠(yuǎn)程視頻系統(tǒng)四個(gè)方面入手。在綜掘機(jī)截割部后方加裝配套用KCS—(系列)ZZ“煤礦用濕式振弦除塵風(fēng)機(jī)”，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)塵作業(yè)點(diǎn)的含巖(煤)塵空氣就地抽塵凈化;在保留現(xiàn)有手動(dòng)操作系統(tǒng)的同時(shí)，將原來(lái)的多路閥改為11(7+4)聯(lián)電磁比例及液控雙用換向閥，并配帶相應(yīng)的管接頭及膠管，實(shí)現(xiàn)了綜掘機(jī)直線200米遠(yuǎn)程遙控;對(duì)原電控系統(tǒng)改造的基礎(chǔ)上，新增加了遙控器發(fā)射器、接收器，控制箱，內(nèi)含主控器，繼電器、變壓器等電氣開(kāi)關(guān)，植入了plc程序，控制11組電磁閥比例動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了截割電機(jī)及油泵電機(jī)的遠(yuǎn)程控制;還加裝了紅外攝像機(jī)6臺(tái)，顯示器兩套，交換機(jī)1套，并敷設(shè)了相應(yīng)的光纖及網(wǎng)線，最終實(shí)現(xiàn)了迎頭200米后方對(duì)綜掘機(jī)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)操控。

　　某煤礦綜掘機(jī)遠(yuǎn)程可視化控制及定位截割智能化綜合改造的成功，適用于煤巷、半煤巷的自動(dòng)化掘進(jìn)，使工作人員遠(yuǎn)離工作面危險(xiǎn)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)自動(dòng)化、成巷標(biāo)準(zhǔn)化、掘進(jìn)少人化甚至無(wú)人化的全新的掘進(jìn)工作格局，不僅提高了掘進(jìn)作業(yè)安全程度，還使工作面作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，工效顯著提高。自實(shí)現(xiàn)綜掘機(jī)遠(yuǎn)程操控至今，綜掘機(jī)遠(yuǎn)程智能操控運(yùn)行安全可靠，安全生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定，為實(shí)現(xiàn)智能智慧礦井，建成“智能智慧礦山”奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和保障。