導語

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

　　一、技術背景

　　煤礦井下作業安全第一，實現少人化無人化采掘將是煤礦開采科技進步的課題，自動化程度的提高是其關鍵途徑。機械化、自動化、智能化是煤礦開采的發展趨勢(機械化換人、自動化減人、智能化無人)。

　　在我國的煤炭工業生產中，懸臂式掘進機作為一種廣泛使用的采掘設備占有極其重要的地位。雖然我國掘進機已有長足發展，但是還存在如下問題：

　　1.掘進面工作環境惡劣，用工人數多，勞動強度大，工作效率低，安全隱患多。

　　2.掘進機司機培養難度大、周期長，且工作環境惡略，招工困難。

　　3.掘進機操作自動化水平較低，掘進機司機手動操作并根據感覺定位和定向，截割斷面超挖和欠挖現象嚴重，截割形狀質量較差。

　　自動掘進現階段部分煤礦實現自動截割、記憶截割、一鍵截割等，多基于一次進刀，然后支護，效率提升對于整個掘進工況微乎其微，所以掘進支護之間的銜接 制約著掘進工作面自動化的發展，若要實現掘進自動化，必須掘進支護同時作業，才能提高效率，減少人工操作。

　　二、智能綜掘關鍵技術

　　1.機器人技術應用

　　自動截割的實現是基于截割頭運動相對于掘進機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系，配合液壓執行機構由控制器根據軌跡坐標，完成截割動作，以掘進機為例，需要掘進機提供截割升降油缸位移信號，左右回轉油缸位移信號，保持掘進機本體位置，即可實現截割頭運動軌跡實時控制及跟蹤功能。

　　自動截割的難點：

　　①掘進工作面煤質不同，截割過程中出現各種不規律變化，如垮落，軟硬夾矸石等情況，均會影像截割頭運動軌跡(包括機身本體運行軌跡)。

　　②執行機構和傳感器誤差，由于煤礦設備大部分執行機構為液壓驅動裝置，執行精度及響應時間都會導致截割頭最終執行誤差。

　　③定位技術受煤礦井下環境限值，包括元器件煤礦安全標準認證要求限值等因素。

　　自動進尺：

　　要想實現掘進工作面的智能化工作，在掘進過程中必須實現掘進機自動進尺，現在煤礦井下大多采用紅外激光指向儀作為進尺定位標，實現自動進尺需要以地測定位標為基準，采用慣性導航系統、激光掃描系統、慣導與激光掃描融合系統等計算掘進機本體在工作面成型軌跡中的坐標點，從而實現掘進機自動進尺。

　　2.定位技術的應用

　　①航位推算法原理定位：陀螺儀、加速度計。

　　②極點定位、多邊定位、質心定位等：基站、激光掃描、超聲波。

　　③遠程遙控視頻監控人工干預：視頻音頻采集、遠程無線信號傳輸、遠程無線遙控技術。

　　定位系統是以確定空間位置為目標而構成的相互關聯的一個集合體或裝置(部件)。通過定位系統可以確定被測物體在相對空間內坐標，從而建立坐標系實現物體在既定軌跡空間內相對位置追蹤位置控制等。

　　表1 三類導航技術比較

　　三、綜掘自動化改造關鍵技術

　　1.遠程遙控掘進機

　　系統配置：遙控器發射器、遙控器接收器、先導電磁液壓閥、安裝附件。

　　原有掘進機系統升級，井下即可操作，不影響正常生產班工作。

　　2.遠程可視化遙控掘進

　　系統配置：遙控器發射器、遙控器接收器、先導電磁液壓閥、防爆攝像儀、工業防爆計算機、光纖基站交換器、遠程操作臺、網絡傳輸基站、其他安裝附件等。

　　3.遠程可視化遙控截割輪廓限位掘進

　　系統配置：遙控器發射器、遙控器接收器、先導電磁液壓閥、防爆攝像儀、工業防爆計算機、光纖基站交換器、遠程操作臺、網絡傳輸基站、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.遠程遙控自動截割掘進

　　系統配置：遙控器發射器、遙控器接收器、先導電磁液壓閥、防爆攝像儀、工業防爆計算機、光纖基站交換器、遠程操作臺、網絡傳輸基站、防爆高清透塵攝像儀、圖像識別追蹤輪廓軌跡限位軟件、掘進機遠程監控組態軟件、截割升降、回轉等油缸傳感器、其他安裝附件。

　　5.遠程遙控自動定位巷道自動成型掘進

　　系統配置：遙控器發射器、遙控器接收器、先導電磁液壓閥、防爆攝像儀、工業防爆計算機、光纖基站交換器、遠程操作臺、網絡傳輸基站、防爆高清透塵攝像儀、圖像識別追蹤輪廓軌跡限位軟件、掘進機遠程監控組態軟件、截割升降、回轉等油缸傳感器、其他安裝附件：中央控制器1個、掘進機位姿檢測傳感器、激光掃描儀、傾角、加速度、位移、絕對值編碼器等1套、隔爆兼本安型電源：2個。

　　四、應用案例

　　某煤礦綜掘機遠程智能操控改造主要從機械系統、液壓系統、電氣系統、遠程視頻系統四個方面入手。在綜掘機截割部后方加裝配套用KCS—(系列)ZZ“煤礦用濕式振弦除塵風機”，實現了產塵作業點的含巖(煤)塵空氣就地抽塵凈化;在保留現有手動操作系統的同時，將原來的多路閥改為11(7+4)聯電磁比例及液控雙用換向閥，并配帶相應的管接頭及膠管，實現了綜掘機直線200米遠程遙控;對原電控系統改造的基礎上，新增加了遙控器發射器、接收器，控制箱，內含主控器，繼電器、變壓器等電氣開關，植入了plc程序，控制11組電磁閥比例動作，實現了截割電機及油泵電機的遠程控制;還加裝了紅外攝像機6臺，顯示器兩套，交換機1套，并敷設了相應的光纖及網線，最終實現了迎頭200米后方對綜掘機的遠程實時操控。

　　某煤礦綜掘機遠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，使工作人員遠離工作面危險區域，實現了掘進自動化、成巷標準化、掘進少人化甚至無人化的全新的掘進工作格局，不僅提高了掘進作業安全程度，還使工作面作業人員勞動強度大大降低，工效顯著提高。自實現綜掘機遠程操控至今，綜掘機遠程智能操控運行安全可靠，安全生產持續穩定，為實現智能智慧礦井，建成“智能智慧礦山”奠定了堅實的基礎和保障。