快速掘进装备的智能化控制系统探析

快速掘进装备的智能化控制系统探析

摘要:阐述快速掘进成套装备智能化控制系统、多个子系统组成的复合型系统,包括单机组作业系统、多机组联合作业系统、智能截割控制系统、无线通信系统、集中控制等新型专业技术。

关键词:控制技术,快速掘进,智能化,多机组协同。

0引言

随着科学技术的快速发展,煤矿生产中综采工作面设备相关技术也得到极大的提升,目前已经能够完全实现作业设备的无人化、自动化、智能化应用,有效地提升了综采工作面的作业效率,但随之极大地提升了煤矿巷道的掘进开采工作量,容易对煤矿的作业效率及安全作业等方面产生一定的负面影响[1]。巷道掘进作业中所采用的技术、设备水平程度将直接决定煤矿生产作业的产量,只有不断创新、改造综采工作面掘进设备以及技术,才能真正地实现煤矿企业的安全、高效作业,并不断促进我国煤矿巷道掘进技术的高速发展。根据对我国煤矿作业情况的统计调查发现,现阶段巷道掘进工作面的作业环境仍然存在一定的问题,如作业环境恶劣、存在潜在的安全问题、掘进设备以及技术无法满足实际生产的需求等,当前广泛使用的传统形式的掘进工作面设备,无论是技术层面还是系统构成方面不仅相对较为复杂,而且往往控制性无法达到作业的需求[2]。此外,传统巷道掘进中较多地采用单机人工的方式,这种形式将无法与工作面中其他作业设备进行协同控制,进而造成工作效率极为低下。因此,构建快速掘进成套装备智能化控制系统,实现无人化、自动化、智能化的多机组协同作业,对煤矿巷道生产具有重要的作用与意义。

1研究概况

随着煤矿井下作业相关技术的不断发展,巷道掘进技术不断得到完善,快速掘进系统呈现出智能化、系统化发展趋势。某煤炭研究院通过多年努力自主研发了一套高效快速掘进系统,系统结构如图1所示。该系统在工业性试验中日进尺最高记录为159m、月进尺最高记录可以达到3089m。利用该系统能够显著地减少巷道掘进人员的作业强度,针对目前相关工作施工作业的需求,研发了集单机组作业系统、多机组联合作业系统、智能截割控制系统、通讯数据传输系统以及集中控制系统为一体的智能化快速掘进成套装备(如图1)。

2主要设备的构成

该系统主要由掘锚机、破碎机、迈步式顶棚、锚杆钻车、自移机尾、皮带系统以及除尘系统所构成,系统主要构成如图2所示。该系统能够实现掘进作业中各项需求,主要技术思路是采用“掘、支、运”进行同步一次成巷作业,从而实现快速掘进的目的[3]。智能化快速掘进成套装备工艺流程如图3所示。

3主要系统的构成

该系统可以很好地适应不同的作业环境,对不同的作业工况具有一定的预判以及处理能力,并将这些状态实时传输至工作面控制室,以实现对控制系统的远程监控以及设备的协同控制,确保生产作业的安全实施。考虑到快速掘进工作面的地质环境、控制系统作业性能以及作业生产的需求等各项因素,通过将系统进行整体化处理,在无线通信技术的作用下完成各设备的协调,在工作面控制室的统一协同控制下使其实现信息互通联系作业。快速掘进成套装备智能化控制系统技术构成如图4所示。

3.1单机智能控制技术。单机智能控制技术是实现快速掘进成套装备智能化控制系统最重要的技术方式,由掘锚机组、多臂锚杆机、可弯曲带式转载机以及迈步式自移机尾的控制系统所构成,而该技术中所有设备的运作又是通过电控系统得以实现。通过单机智能控制技术电控系统能够完成单机的控制及保护、数据的采集及分析、远程控制及指令传输等,以此完成快速掘进系统各机组设备间的协同控制。此外,单机智能控制技术实现的依托于机载控制计算机,目前技术能够保障其在富含粉尘、空气潮湿等复杂环境下的长期振动作业中正常运行,并且机载控制计算机具有可视化、模块化等特点,能够提供较好的人机交互体验,并可根据实际的需求添加所需的功能模块,具有极强的拓展能力。

3.2多机组联合作业技术。多机组联合作业是智能化快速掘进成套装备主要优势,是由传输装置、自移机尾等装置组成,能够实现顺逆煤流集控以及联动闭锁,提升迈步自移机尾的移动能力,保持掘锚机与五臂锚杆机的作业同步率、增加成套设备前进的速度,以及增强设备在作业时的移送进程、提升巷道掘进的整体速度等功能作用,使煤矿巷道快速掘进具有更好的掘进连续性及协调性。

3.3智能截割技术。智能截割技术包含自动定位、智能截割以及自动截割等,并根据其惯性导航系统作为快速掘进中设备机身姿态以及掘进方位的检测,以此提升巷道中作业效率及精准度。智能截割控制系统能够检测到截割头在进行作业时的数据信息,根据其数据参数的不同可及时调整设备的作业速率,以使其能够保持在最佳的作业状态,同时保证设备在快速作业的同时可以延长电机的使用使用寿命,并保持作业具有连贯性。自动截割是根据掘锚机截割滚筒的作业状态,根据实际情况自动调整掘锚机截割滚筒的运行参数,使其保持循环作业,从而减少人工、增加作业的效率。

3.4无线通信技术。通过无线通信技术可实现快速掘进成套装备智能化控制系统中各设备机组间的相互通信,控制各设备的协同控制,能够产生更好的配合作业效果、提升作业的效率。工作面中各单机在无线网络下能够进行实时的信息通信以及同步作业,结合设备管理系统可以轻松实现不同设备的控制工作,并为各终端控制提供有力的支持。

3.5集中控制技术。利用无线网络与工作面中各子系统进行即时通信,是实现集中控制技术的关键所在。集中控制技术通过并入快速掘进成套装备智能化控制系统,能够做到对各设备运行状态的实时监测、工作面画面的实时传输等,实现远程的设备启停、运输数据、指令的传输,实现以工作面的自主控制为主、监控中心远程干预控制为辅的智能化高安全性的自动作业方式。

4结语

(1)通过智能化快速掘进成套装备能够完成多机组联合作业,满足巷道掘进作业中采掘、破碎、支护、运输等工序的快速实施,构成“掘、支、运”进行同步一次成巷作业,能够快的完成快速掘进作业。(2)快速掘进成套装备智能化控制系统是由多个子系统够构建而成的复合型系统,其中包括单机组作业系统、多机组联合作业系统、智能截割控制系统、通讯数据传输系统以及集中控制等新型专业性技术,该系统在实际应用中取得了较好的成绩,不过目前对于此类研究相对较少,一些技术工艺在实际的实施中还有困难,系统的可靠性和稳定性仍需在以后的研究中不断地完善。

参考文献

[1]王虹,王建利,张小峰.掘锚一体化高效掘进理论与技术[J].煤炭学报,2020,45(06):2021-2030.

[2]鲁鹤鸣.快速掘进系统在凉水井煤矿中的应用[J].煤矿机电,2020,41(03):118-119.

[3]张东宝.煤巷智能快速掘进技术发展现状与关键技术[J].煤炭工程,2018,50(05):56-59.

作者:林继 单位:连云港福润德机械设备有限公司