摘要：煤矿巷道开展开采工作时必须用到的就是掘进设备，它可以作为评估一个煤炭企业机械化水平的一个重要标准，在生产技术不断提升的前提下掘进设备所具备的功能也越来越全面，越来越多具有不同功能的掘进机投入到煤矿开采工作中，并受到工作人员的广泛欢迎，加快了煤矿企业的发展速度。
关键词：掘进机；截割技术；巷道；截割断面
煤矿企业在进行煤矿开采工作时，为除去灰尘保证环境的整洁经常会使用湿式除尘风机，这种设备在工作时具有压缩时间长，抽气时间短的特点。在坚硬岩石环境中作业的掘进设备进行巷道施工时，金属机械与岩石壁进行摩擦会产生大量的粉末状灰尘，所以这项工作在正常进行时离不开除尘风机吸取灰尘，但是在地下密闭环境中这么多设备同时工作会产生很大的噪音，影响工作人员的正常工作以及身体健康。另一方面，掘进设备体积较大，切割岩石时不免会有视觉盲区，使施工工作出现偏差。在此，我们提出了自动切割技术，把这项技术融入到掘进设备中可以有效的减少上文提到问题的发生率，还可以保证施工工作安全迅速的进行。通过本篇文章对掘进机中自动化切割技术中的各种环节进行分析，在此基础上提出自动化水平较高的全能性掘进设备。
1掘进机自动化系统组成
掘进机作为煤矿生产过程中必须的装备，主要功能是对煤矿巷道进行开拓，以便扩大煤矿开采规模，实现煤矿高产高效、快速推进的战略发展目标。近年来，我国科学技术不断进步，尤其是计算机技术、数控加工技术、传感器技术、运动控制器DSP技术的高速发展，为掘进机实现自动化、智能化操作创造了有利条件。为实现掘进机截割技术自动控制，采取嵌入式工业控制计算机和可编程控制器相结合的数据搜集、处理模式，能较好的解决传统掘进机截割操作的不足，对提高煤矿生产量、增强煤矿企业核心竞争力、促进企业健康、可持续发展具有积极的意义。
2掘进机在巷道中的定位
在煤矿巷道开拓中，对掘进机进行定位，不仅是确保施工过程顺利进行的关键，也直接影响着掘进机的工作效率。在对掘进机进行定位时，需要根据煤矿巷道的实际特点以及施工环境选择科学合理的定位方式，从而确保掘进机开拓的效率。通常情况下，掘进机主要采用两种定位方式，即对心工作和偏心工作，其他定位方式都是基于这两种方式演化而来的。处于偏心工作状态下，掘进机在水平截割的同时，还可以提高其工作的效率，确保施工的安全性。在最小回转角度和最大回转角度时，掘进机所承受的倾覆力矩存在较大的差异，且制造出较大的噪音，对掘进机截割硬岩带来了一定的难度。因此采取自动化截割技术，尽可能减小掘进机轴线与巷道轴线的偏心距离，从而使掘进机实现更好的定位。
3掘进设备在煤矿巷道施工中的作用
掘进设备是煤矿巷道开展开采工作进行时必须用到，它可以作为评估一个煤炭企业机械化水平的一个重要标准，巷道施工时掘进机的具体位置与掘进机的工作效率有很大的联系，我们可以根据巷道施工的特点或实际施工环境对掘进机工作时的位置进行分类，其中主要还是归类于两种方式，其他特殊情况还可以围绕这两种进行分析，一种工作位置是“对心工作”，另一种叫做“偏心工作”；偏心工作主要是由于掘进机处于偏心位置进行作业的状态，掘进机在进行水平作业是当处于回旋角度最大或最小的临界位置时，机体需要承付的倾覆力值差非常大，进而使工作状态下的掘进机产生强烈震感并伴随出现很大噪声，这种状态下掘进机对坚硬岩石的切割效果不好，在巷道施工时需要注意尽量缩小掘进机轴线与巷道轴线的偏心距离，让掘进机尽量处于对心工作状态。
图1 掘进机截割断面图
其中1指掘进机截割头实际工作时截割的范围；2指掘进机理论状态下截割的范围；A、B、C、D都是较大巷道施工时拱形巷道的断面参数；H巷道的高度；h掘进机进行截割的深度；a巷道的宽度；e掘进机中心与巷道中心之间的距离。
相关数据指出，只有巷道断面的尺寸信息，即：A、B、C、D这四个点的坐标，就可以通过这个截割断面图在复平面内进行一系列的计算，在不变动巷道尺寸参数的前提下找到圆心坐标。完成这项工作后，在进行巷道圆弧差的计算时就可以省去很多计算程序化简为易。通过结合各断面尺寸参数位点以及巷道高度的坐标与数值，就可以清楚的确定圆弧差较大的路径。
4截割断面大小的选定
掘进机截割断面中包含许多伸缩范围、截割范围、实际截割范围等专门数据，在截割部位中以回转台为圆心做出的工作切削球面，在巷道上的投影大小就是一般情况下提到的截割面积。只要满足实际截割范围小于理论截割范围的条件，那么无论掘进机处于什么样的工作环境都可以完成在一个工作循环中的截割工作，截割时要充分的利用现有的科学技术，运用编程的方式讲工作中用到的各种数据储存在电脑中，通过电脑程序进行复杂的运算，使得操作人员仅对照巷道断面参数就可以清楚掘进机的工作循环次数和工作线路等。
通过自动切割技术可以轻松的对掘进机的截割位点进行选定，通过参考巷道参数值提前绘制出一条完美的切割曲线。在开展较大型的巷道施工时，通常巷道都是拱形的，所以如果想完成一次性截切，掘进机的截割头就一定要按照标准的截割路线运行，为了保证这项工作的稳定开展减少截割误差，可以提前使用复平面数控圆弧方式对截割路线进行精确的计算。
5截割断面参数和截割路线
掘进机截割头开始截割的位置处于巷道的较下方，截割路线是至下而上开始的，首先要讲开始截割的位点储存到程序软件中，软件会根据截割头的高度对截割工作持续的时间、重复的次数、循环的周期的进行运算，在切割工作收尾后系统自动执行让截割头回到开始截割的位置。
6 DSP控制器通信
运行程序首先要对来自于终端遥控装置发出的运动指令进行分析，并将这项指令传输给可编程门系统（即：FPGA）的ROM中，再使用DSP控制器的数据线可以把这些数据中的信息转化出来，然后再通过一系列的运算把结论直观的显示给工作人员得出理论位置的确定点。DSP控制器还能在截割范围测量装置上得到掘进机实际截割效果的反馈值，计算出理论截割与实际截割之间的差距，并可以有针对性的进行校对与修改，发出更精准的运动输出质量。计数器是可以对方向信号、技术冲量等做出统计和反馈的装置，不仅可以完成数据的读取和接受，而且还能设定时间。
总结
把各种新型的科学技术运用到掘进机中，组成了一种自动化水平较高的智能掘进设备，这种掘进机中具备的记忆截割功能在巷道施工开展时具有很大的优势，除此之外还可以对巷道的地形进行检测以及巷道没岩石进行自动修剪等功能。针对掘进设备的自动化水平进行深入研究，还可以让巷道施工工作更加稳定的开展，不断地提高施工速度和施工水平，并使掘进设备在自动化水平不断提升的同时具有更多的有助于施工顺利开展的新功能。
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论文作者:王志华
论文发表刊物:《基层建设》2019年第21期
论文发表时间:2019/10/28
标签：巷道论文; 掘进机论文; 工作论文; 煤矿论文; 断面论文; 设备论文; 偏心论文; 《基层建设》2019年第21期论文;