綜掘自動化及升級改造技術(shù)

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

　　導(dǎo)語

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

　　一、技術(shù)背景

　　煤礦井下作業(yè)安全第一，實現(xiàn)少人化無人化采掘?qū)⑹?a href=http://m.cltuan.cn target=_blank class=infotextkey>煤礦開采科技進(jìn)步的課題，自動化程度的提高是其關(guān)鍵途徑。機(jī)械化、自動化、智能化是煤礦開采的發(fā)展趨勢(機(jī)械化換人、自動化減人、智能化無人)。

　　在我國的煤炭工業(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。雖然我國掘進(jìn)機(jī)已有長足發(fā)展，但是還存在如下問題：

　　1.掘進(jìn)面工作環(huán)境惡劣，用工人數(shù)多，勞動強(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，且工作環(huán)境惡略，招工困難。

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

　　自動掘進(jìn)現(xiàn)階段部分煤礦實現(xiàn)自動截割、記憶截割、一鍵截割等，多基于一次進(jìn)刀，然后支護(hù)，效率提升對于整個掘進(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)工作面自動化的發(fā)展，若要實現(xiàn)掘進(jìn)自動化，必須掘進(jìn)支護(hù)同時作業(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

　　自動截割的實現(xiàn)是基于截割頭運動相對于掘進(jìn)機(jī)本體運行的軌跡記憶控制功能，定位截割頭與本體相對位置關(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，左右回轉(zhuǎn)油缸位移信號，保持掘進(jìn)機(jī)本體位置，即可實現(xiàn)截割頭運動軌跡實時控制及跟蹤功能。

　　自動截割的難點：

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

　?、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)動裝置，執(zhí)行精度及響應(yīng)時間都會導(dǎo)致截割頭最終執(zhí)行誤差。

　?、鄱ㄎ患夹g(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。

　　自動進(jìn)尺：

　　要想實現(xiàn)掘進(jìn)工作面的智能化工作，在掘進(jìn)過程中必須實現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)自動進(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)，實現(xiàn)自動進(jìn)尺需要以地測定位標(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)等計算掘進(jìn)機(jī)本體在工作面成型軌跡中的坐標(biāo)點，從而實現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)自動進(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。

　?、跇O點定位、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)程無線信號傳輸、遠(yuǎn)程無線遙控技術(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)的一個集合體或裝置(部件)。通過定位系統(tǒng)可以確定被測物體在相對空間內(nèi)坐標(biāo)，從而建立坐標(biāo)系實現(xiàn)物體在既定軌跡空間內(nèi)相對位置追蹤位置控制等。

　　表1 三類導(dǎo)航技術(shù)比較

　　三、綜掘自動化改造關(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，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)防爆計算機(jī)、光纖基站交換器、遠(yuǎn)程操作臺、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)防爆計算機(jī)、光纖基站交換器、遠(yuǎn)程操作臺、網(wǎng)絡(luò)傳輸基站、防爆高清透塵攝像儀、圖像識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)防爆計算機(jī)、光纖基站交換器、遠(yuǎn)程操作臺、網(wǎng)絡(luò)傳輸基站、防爆高清透塵攝像儀、圖像識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)程遙控自動定位巷道自動成型掘進(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)”，實現(xiàn)了產(chǎn)塵作業(yè)點的含巖(煤)塵空氣就地抽塵凈化;在保留現(xiàn)有手動操作系統(tǒng)的同時，將原來的多路閥改為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，實現(xiàn)了綜掘機(jī)直線200米遠(yuǎn)程遙控;對原電控系統(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、變壓器等電氣開關(guān)，植入了plc程序，控制11組電磁閥比例動作，實現(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，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，最終實現(xiàn)了迎頭200米后方對綜掘機(jī)的遠(yuǎn)程實時操控。

　　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、半煤巷的自動化掘進(jìn)，使工作人員遠(yuǎn)離工作面危險區(qū)域，實現(xiàn)了掘進(jìn)自動化、成巷標(biāo)準(zhǔn)化、掘進(jìn)少人化甚至無人化的全新的掘進(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)人員勞動強(qiáng)度大大降低，工效顯著提高。自實現(xiàn)綜掘機(jī)遠(yuǎn)程操控至今，綜掘機(jī)遠(yuǎn)程智能操控運行安全可靠，安全生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定，為實現(xiàn)智能智慧礦井，建成“智能智慧礦山”奠定了堅實的基礎(chǔ)和保障。