综掘自动化及升级改造技术

　　导语

　　实现煤矿少人化无人化智能开采是矿山企业的发展方向，自动化程度高才能实现少人甚至无人。本期转化果平台推荐的《综掘自动化及升级改造技术》，围绕智能综掘及综掘自动化改造关键技术，介绍了5种综掘自动化配置方案，这些方案通过应用表明，效果良好!能够满足大多数矿井在综掘初级智能化阶段的升级改造需求，为实现矿井综掘少人化、无人化提供切实可行的解决方案。

　　一、技术背景

　　煤矿井下作业安全第一，实现少人化无人化采掘将是煤矿开采科技进步的课题，自动化程度的提高是其关键途径。机械化、自动化、智能化是煤矿开采的发展趋势(机械化换人、自动化减人、智能化无人)。

　　在我国的煤炭工业生产中，悬臂式掘进机作为一种广泛使用的采掘设备占有极其重要的地位。虽然我国掘进机已有长足发展，但是还存在如下问题：

　　1.掘进面工作环境恶劣，用工人数多，劳动强度大，工作效率低，安全隐患多。

　　2.掘进机司机培养难度大、周期长，且工作环境恶略，招工困难。

　　3.掘进机操作自动化水平较低，掘进机司机手动操作并根据感觉定位和定向，截割断面超挖和欠挖现象严重，截割形状质量较差。

　　自动掘进现阶段部分煤矿实现自动截割、记忆截割、一键截割等，多基于一次进刀，然后支护，效率提升对于整个掘进工况微乎其微，所以掘进支护之间的衔接 制约着掘进工作面自动化的发展，若要实现掘进自动化，必须掘进支护同时作业，才能提高效率，减少人工操作。

　　二、智能综掘关键技术

　　1.机器人技术应用

　　自动截割的实现是基于截割头运动相对于掘进机本体运行的轨迹记忆控制功能，定位截割头与本体相对位置关系，配合液压执行机构由控制器根据轨迹坐标，完成截割动作，以掘进机为例，需要掘进机提供截割升降油缸位移信号，左右回转油缸位移信号，保持掘进机本体位置，即可实现截割头运动轨迹实时控制及跟踪功能。

　　自动截割的难点：

　　①掘进工作面煤质不同，截割过程中出现各种不规律变化，如垮落，软硬夹矸石等情况，均会影像截割头运动轨迹(包括机身本体运行轨迹)。

　　②执行机构和传感器误差，由于煤矿设备大部分执行机构为液压驱动装置，执行精度及响应时间都会导致截割头最终执行误差。

　　③定位技术受煤矿井下环境限值，包括元器件煤矿安全标准认证要求限值等因素。

　　自动进尺：

　　要想实现掘进工作面的智能化工作，在掘进过程中必须实现掘进机自动进尺，现在煤矿井下大多采用红外激光指向仪作为进尺定位标，实现自动进尺需要以地测定位标为基准，采用惯性导航系统、激光扫描系统、惯导与激光扫描融合系统等计算掘进机本体在工作面成型轨迹中的坐标点，从而实现掘进机自动进尺。

　　2.定位技术的应用

　　①航位推算法原理定位：陀螺仪、加速度计。

　　②极点定位、多边定位、质心定位等：基站、激光扫描、超声波。

　　③远程遥控视频监控人工干预：视频音频采集、远程无线信号传输、远程无线遥控技术。

　　定位系统是以确定空间位置为目标而构成的相互关联的一个集合体或装置(部件)。通过定位系统可以确定被测物体在相对空间内坐标，从而建立坐标系实现物体在既定轨迹空间内相对位置追踪位置控制等。

　　表1 三类导航技术比较

　　三、综掘自动化改造关键技术

　　1.远程遥控掘进机

　　系统配置：遥控器发射器、遥控器接收器、先导电磁液压阀、安装附件。

　　原有掘进机系统升级，井下即可操作，不影响正常生产班工作。

　　2.远程可视化遥控掘进

　　系统配置：遥控器发射器、遥控器接收器、先导电磁液压阀、防爆摄像仪、工业防爆计算机、光纤基站交换器、远程操作台、网络传输基站、其他安装附件等。

　　3.远程可视化遥控截割轮廓限位掘进

　　系统配置：遥控器发射器、遥控器接收器、先导电磁液压阀、防爆摄像仪、工业防爆计算机、光纤基站交换器、远程操作台、网络传输基站、防爆高清透尘摄像仪、图像识别追踪轮廓轨迹限位软件、其他安装附件。

　　4.远程遥控自动截割掘进

　　系统配置：遥控器发射器、遥控器接收器、先导电磁液压阀、防爆摄像仪、工业防爆计算机、光纤基站交换器、远程操作台、网络传输基站、防爆高清透尘摄像仪、图像识别追踪轮廓轨迹限位软件、掘进机远程监控组态软件、截割升降、回转等油缸传感器、其他安装附件。

　　5.远程遥控自动定位巷道自动成型掘进

　　系统配置：遥控器发射器、遥控器接收器、先导电磁液压阀、防爆摄像仪、工业防爆计算机、光纤基站交换器、远程操作台、网络传输基站、防爆高清透尘摄像仪、图像识别追踪轮廓轨迹限位软件、掘进机远程监控组态软件、截割升降、回转等油缸传感器、其他安装附件：中央控制器1个、掘进机位姿检测传感器、激光扫描仪、倾角、加速度、位移、绝对值编码器等1套、隔爆兼本安型电源：2个。

　　四、应用案例

　　某煤矿综掘机远程智能操控改造主要从机械系统、液压系统、电气系统、远程视频系统四个方面入手。在综掘机截割部后方加装配套用KCS—(系列)ZZ“煤矿用湿式振弦除尘风机”，实现了产尘作业点的含岩(煤)尘空气就地抽尘净化;在保留现有手动操作系统的同时，将原来的多路阀改为11(7+4)联电磁比例及液控双用换向阀，并配带相应的管接头及胶管，实现了综掘机直线200米远程遥控;对原电控系统改造的基础上，新增加了遥控器发射器、接收器，控制箱，内含主控器，继电器、变压器等电气开关，植入了plc程序，控制11组电磁阀比例动作，实现了截割电机及油泵电机的远程控制;还加装了红外摄像机6台，显示器两套，交换机1套，并敷设了相应的光纤及网线，最终实现了迎头200米后方对综掘机的远程实时操控。

　　某煤矿综掘机远程可视化控制及定位截割智能化综合改造的成功，适用于煤巷、半煤巷的自动化掘进，使工作人员远离工作面危险区域，实现了掘进自动化、成巷标准化、掘进少人化甚至无人化的全新的掘进工作格局，不仅提高了掘进作业安全程度，还使工作面作业人员劳动强度大大降低，工效显著提高。自实现综掘机远程操控至今，综掘机远程智能操控运行安全可靠，安全生产持续稳定，为实现智能智慧矿井，建成“智能智慧矿山”奠定了坚实的基础和保障。