掘进机远程智能控制系统设计研究.pdf

掘进机远程智能控制系统设计研究郭军,程云鹏（毕节中城能源有限责任公司，贵州毕节5517 0 0）摘要：针对矿并地质条件，对矿井巷道深入研究。提出掘进机智能远程控制方案，并设计掘进机智能远程控制系统。实现自动化巷道掘进作业，改善工作环境，减少矿井事故，实现少人则安及高效快掘的目的，提高矿井掘进作业的安全性、高效性、可靠性。关键词：掘进机；远程智能控制；优化设计中图分类号：F406.3;TD632.2文献标识码：B文章编号：10 0 8-0 155(2 0 2 3)12-0 0 10-0 3双纹线网线本安线掘进机远程智能控制系统基于智能感知对矿井掘进作业远程集中控制。采用智能化控制技术及自动化机械装备，满足了矿井掘进需求,减轻了工作人员劳动强度。该技术对提升煤炭采掘设备的技术水平、提高综掘效率、降低掘进断面危险因素等具有重大意义 1-6 1设计方案掘进机远程智能控制系统基于以太环网进行设计，由导航系统、中央控制单元、远程视频监控、智能掘进机、远程遥控装置、通信基站及监控设备组成，如图1所示。环网交换机网络平台中央控制单元水馨装置地面井下环网交换机50m80m图1系统设计架构1.1掘进机远程智能控制系统优化设计低掘进断面危险因素等具有重大意义。掘进机远程智掘进机远程智能控制系统涉及四项关键技术，分能控制系统在施工时主要完成以下工作：别是基于惯性导航系统的自动截割技术、远程可视化远程智能截割；掘进机本体完全遥控；远程技术、数据存储与交换系统、截割轨迹监控与截割断面可视化；采掘数据自动存储并上传地面客户端；客边界控制系统。对控制系统进行具体规划设计后，完户端截割轨迹与机身各项参数实时监控。成了系统设备的设计研发、软件调试、系统整合及相关左截割监视地面试验。完成样机生产后，开展井下工业试验，计算控制系统精度。掘进机远程智能控制系统的井下远程视频监视、并下远程数据监控等系统如图2 所示。系统融合无线、光纤通信、视频处理、工业以太网等技术，实时监测井下掘进机运行情况，可以安全、少人、高效地提供实时图像和数据信息，减轻了工作人员劳动强度。该技术对提升煤炭采掘设备的技术水平、提高综掘效率、降1030m可移动范丽1000m图2 掘进机远程智能型掘进机惯性导航系统：使用高精度陀螺仪和加速度计，自主获取掘进机车身姿态方位信息，结合智能掘进机传整机监视右截割监视中继站二运监视一运监视感器网络实时作业数据，采用模型计算，实时精确传输截割参数。完成对机身位置、截割头位姿的测量和计算，与中央控制单元进行数据传输、控制执行等工作。光纤通信环网：以光纤以太环网为基础，由多台监控分站、通信分站、控制分站相互连接组成，实时传送作业参数及掘进机控制信号。中央控制单元：整车电气系统智能化控制核心设备配有遥控操作系统；全面监控设备的工作环境及自身情况，包括瓦斯、粉尘、水量、油温、油压、截割电流等，设备异常时自动停机，具有故障自动诊断系统，方便设备排故，完成与显示屏的通信等。远程视频控制：掘进机上安装摄像头及通信终端站等设备，将掘进机作业实时运行数据，通过无线网络传到远程操作台，再通过以太网传输至地面控制区，实现远程实时监测控制。远程遥控：掘进机远程遥控操作，确保人身安全，改善其工作环境，降低巷道粉尘的危害，工作延时短，提高截割效率。井下、井上远程监控设备：实现远程监控掘进机机身位置、工作断面信息、截割情况等。截割断面模拟显2019年0 6 月14日星期五15:0 1示功能有效解决了煤矿井下掘进机工作面工况复杂、环境恶劣、截割作业粉尘量大、照度差而严重影响操作手视线的问题,抑制截割断面欠挖、超挖现象。1.2掘进机远程智能控制系统优势掘进机远程智能控制系统实现智能化、少人化，提升了矿井掘进安全性。系统具有实时掘进机机身状态测量系统，实现掘进机自动截割、远程监控、工作断面参数分析；实现掘进机远程无线遥控操作作业，改善了工作环境，提高了矿井整体安全系数；视频、数据传送至并下远程可视控制操作台和地面集控中心，使操作者了解设备的工作状态及周围环境，方便远程操作者安全、正确、高效地操作。截割头断面轨迹模拟监控面显示功能能有效解决煤矿井下掘进机工作面工况复杂、环境恶劣、截割作业粉尘量大、照度差而严重影响操作手视线的问题，进而抑制截割断面欠挖、超挖现象。利用惯性导航系统与传感网络结合方式，实时计算截割头位置坐标，按照实时坐标参数控制巷道截割边界，完成巷道掘进作业，有效提高巷道断面成型质量，如图3 所示。2019年0 6 月11日星期五11：18：11混进机老前部摄像机一版讯机视师2019-06-14星期五0 2掘进机球机图3 远程可视化监控掘进机远程智能控制系统完成整机状态采集、截割、后配套视频采集，根据掘进巷道情况增减视频采集点，运行状态参数采集综掘设备传感器数据信息，包括系统电压、截割电机、油泵等实时工作电流状态参数，接收远程遥控的控制信号，启动与停止各项掘进作业。人员防误入系统是井下电子围栏，人员防误入系统采用视觉AI技术+UWB高精定位组合，实现主动与被动组合检测。利用视觉AI技术，主动检测掘进机一定范围内的人员情况；利用UWB技术，识别矿灯及人员标识卡。工作过程中一旦检测到人员误人，主动报警提示。地面操作台与地面集控中心通过矿井万兆环网将井下集控中心数据传输到地面集控中心，集成了各分系统的综合集中控制功能及数据存储、数据分析等功能,其可分为简易地面操作台、1.2 m曲面屏地面操作台、三维视觉画面地面操作台。井下集控室是智能化综掘工作面的核心装备，集成各分系统的综合集中控制功能、各参数的采集及分析处理功能。井下集控可分为远程操作台集控、井下集控室集控。2掘进机远程智能控制系统掘锚一体技术掘进机远程智能控制系统配套采用双臂锚杆钻11图4掘进机远程智能控制系统自移机尾机构车，通过两个钻臂调整相对位置参数，精准确定钻孔位置，实现无死角钻孔施工,双臂锚杆钻车技术参数如表1所示。表1双臂锚杆钻车技术参数项目参数长：12.9 m外形尺寸宽：铲板4.0 m高：2.6 m截割范围宽度：6.1m高度：5.0 m宽:4.6 6.1m锚护范围高:3.4 5.0 m伸缩臂左右动35伸缩臂上下降+40-35钻臂伸缩行程0.7m双级伸缩平台行程2.2 3+2.6 7=4.9 m掘锚机解决了掘进机与锚杆机分体工作造成的时间浪费，实现锚护自动化，减人省力，降低劳动强度；实现全断面锚杆作业，使用手动阀或遥控器打顶锚杆、帮锚杆和锚索；电气互锁：锚护机构有压力传感器锁死截割电机，防止误操作，安全可靠。3带式转载机带式转载机整机结构紧凑，性能稳定，配合掘进机适用送带带宽所所配液压油泵排量系统最高工作压力系统电压型号(mm)DWZY1000/2000(A)1000数字李生三维仿真软件与惯性导航系统基于虚拟现实技术，实现掘进机与巷道空间位置的真实表达。通过掘进机实时监测数据驱动虚拟场景的设备模型进行截割作业，解决摄像仪存在盲区的问题。4应用效果巷道掘进采用全自动化机械技术装备，掘进速度满足矿井采掘接替需求；采用掘、支、锚、运、破碎一体化技术装备，巷道成型准确，断面成型误差在15cm内，防止欠挖、超挖现象，实现远程精准断面截割。通过掘进工作面远程集控平台，实现掘进工作面的远程集中控制。智能化+机械化的采掘系统将海量采掘信息资源进行全面、高效和有序的管理和整合，实现高度高效率、自动化、信息化、少人化、无人化、高安全、高效益。5结语掘进机远程智能控制系统是智能感知对矿井掘进作业远程集中控制的体现。巷道掘进采用全自动化机械技术装备，实现自动化巷道掘进作业，改善了工作环境，减少了矿井事故，提高综掘效率、降低掘进断面危后方转载使用。自移机尾整机结构紧凑，液压站、开关等辅助设施安放在机架平台上随机移动，整套装置独立运行，避免了随掘进机运动而致皮带跑偏；采用液压传动、力量大、安全、稳定可靠。项目参数截割电机功率260kW重量100T截割头转速37r/min行走速度0 6.5m/min爬坡能力16锚杆机扭矩300Nm锚杆机钻进力16kN锚杆机转速400r/min钻进行程1.3+1.0=2.3m帮锚水平最低位0.7m锚杆机数量2表2 自移机表立缸(mL/r)(MPa)1025掘进机远程智能控制系统自移机尾如图4所示，技术主要特点：采用液压控制，操作简单，工作效率高。能够实现整体的自动移动。具有自动调偏功能。液压站、开关等辅助设施安放在机架平台上随机移动。自带液压锚固装置，有效防止机尾的滑移，自移机尾参数如表2 所示。推移缸(ACV)(8个)660/1140100 x80 x343险因素，也减轻了劳动强度。参考文献：1吴波.煤矿掘进机远程智能控制系统的设计及应用J.江西煤炭科技,2 0 2 2（0 3）:2 2 1-2 2 3.2张宏建.掘进机运行状态智能监控系统的研究 J.机械管理开发,2 0 2 2,3 7（0 9）：2 55-2 56+2 59.3王超.煤矿掘进机远程智能控制技术研究 J.当代化工研究,2 0 2 2(11):9 1-9 3.4张旭辉，杨文娟，薛旭升，等.煤矿远程智能掘进面临的挑战与研究进展 J.煤炭学报,2 0 2 2,47（0 1）：57 9-59 7.5李合菊，魏燕，魏珑.煤矿掘进机远程智能控制技术研究 J.煤矿机械,2 0 2 1,42（0 9）：49-51.6吕富杰.煤矿智能化掘进远程控制系统建设与应用J.机械管理开发,2 0 2 2,3 7（11）：2 3 2-2 3 3+2 3 6.作者简介：郭军（19 7 2-），男，贵州六盘水人，大专，助理工程师，研究方向：矿山机电。水平缸(4个）(2个）10080200010080160液压锚固装置（钻杆规格）4530012