摘要：在我国的煤炭行业中，采用的机械设备也更加齐全，同时应用高效的机电一体化技术到煤炭生产当中，能够使得我们国家的传统煤炭生产模式有非常大的变化，能够有效地推动工作面的自动化生产的水平急速的发展。探讨掘进工作面自动控制系统的关键技术，分析自动化技术在煤矿掘进工作中的应用，将自动化技术引入煤矿挖掘工作中具有提高产量的重要意义，以期通过论述对相关工作有所借鉴。
关键词：煤矿；掘进工作面；自动化技术
科技进步使生产效率提高，自动化技术已经应用到社会生产的许多方面，其中，煤矿开采工作存在一定的危险性和难度，因而需要引进自动化技术辅助煤矿掘进工作。将自动化技术引入煤矿生产挖掘环节，不仅提高了煤矿生产企业的工作效率，而且给一线工作人员提供了一定的安全保障。
一、自动化技术在煤矿掘进工作面的应用概况
对于掘进工作面的自动化系统，需要将煤巷看为一个整体进行研究。对于不同的煤炭生产方式来说，煤矿掘进工作会涉及到各种方面的内容，这属于一项复杂的系统工程。控制对象的一个内容为煤巷掘进，根据不同的掘进工作可以将输出作为断面的要求依据，使支护系统能够成为原煤与煤巷的形状，将输入作为整个煤巷的目标，在某些信号存在的情况下，才能够将这些信号作为可控制又可测量、不可控制可测量、既不可控制又不可测量的因素，当以上信号同时存在时，才能完成运输、割煤、支护等工作，在进行这些工作时，会涉及到某些安全保障方面的问题，如瓦斯监测、人员定位、供电、材料运输、通风、排水等[1]。就整体而言，自动化技术在煤矿掘进中已经得到初步应用。在自动化系统方面已经逐步采用自动化控制系统，采用多种控制方式让掘进能够持续进行。同时，机械的自动化硬件水平也在持续攀升，其硬件设备的抗磨损能力越来越强。因此，自动化技术运用到煤矿掘进工作面之中已刻不容缓。
二、煤矿掘进工作面的自动化系统的构建
（一）自动化系统涉及的范围
煤层在中国的存在形式多种多样，条件较为复杂，中国目前的煤矿所采用的是综合机形式，主要有单体锚杆钻机、转载机、通风除尘机、悬臂式掘进机等，悬臂式掘进机属于这些设备中的关键机械，其主要任务为对掘进工作面进行装煤、割煤、采煤工作。所以，煤层厚度范围跨度很大，在零点几米到几十米之间，煤矿巷道在此范围内主要以单巷掘进的方式存在，所以，对于煤巷掘进工作面展开自动化生产技术，需要对工作面的自动化进行深层的研究，由于存在某些煤矿的生产条件方面的限制，这项研究主要以煤巷悬臂掘进机为主，需要采用锚杆锚网联合支护形式对煤矿进行支护，因此，会产生掘进与支护作业之间的衔接与配套问题。
（二）自动控制系统模型
在以上的工作面系统中可以查出自动化的分析研究范围，以便解决支护作业和掘进方面的平行化和自动化问题，实现掘进工作面的自动控制系统的关键就是保障原煤和材料运输连续化、安全保障系统的自动化，使自动控制系统能够在每个环节都相互配合，最终使整个控制系统平稳、高效工作，通过不断对技术进行创新，融合不同领域的技术，能够实现掘进工作面的自动控制系统。
三、掘进工作面自动控制系统关键技术
（一）掘进机自动化技术
掘进是煤矿生产的主体，而支护是煤矿作业开展的基础，为煤矿工作提供了进行的渠道。煤矿掘进工作受到外部环境和气候等条件的影响，因而要在复杂的环境中开展掘进工作就要借助自动化器械。在掘进中使用自动化器械能够为煤矿的挖掘、装运、运输提供途径。煤巷掘进过程中必不可少的设备是掘进机，掘进机是开拓煤巷、保证采煤运输正常进行的设备。掘进机的自动控制系统包括自主定位、自动截割、自动纠偏等，通过集成液压、机械、电子等技术实现掘进机的自动化运行，在其自动运转的过程中，需要人员进行简单操作，极大地提高了挖掘煤巷的工作效率。中国地域辽阔，地质条件复杂，对自动化掘进机适宜的生产运作条件展开研究分析具有重要的意义[2]。
（二）运输自动化技术
煤巷掘进工作中需要对产出的废料和土石进行向外运输，保障煤巷畅通，为煤巷的进一步挖掘和开拓提供条件。同时，在掘进工作中开展运输自动化也能为煤矿挖掘工作的煤矿运输提供物质设施条件基础，保证物料运出和输入，提高生产作业的效率。随着技术进步，皮带集中控制系统已经在煤矿掘进工作中得到应用，为煤矿掘进过程中物料的有效运输提供了保障。而随着工作量进一步加大，可以将新技术运用到皮带集中控制系统中，对运输胶带进行设计加工，使用底带运输施工材料，保障生产运作正常进行。煤矿掘进工作中，安全性能是煤矿建造的一个主要方向，因而对支护材料的需求也会进一步加大，采用底带运输能够为材料运输提供有效途径[3]。
（三）安全保障监控技术
煤矿的安全性是企业和国家关注的一个重要因素，保障煤巷的安全和可操作性能够为煤矿企业正常运作提供基础条件。受环境因素和设备因素的影响，煤巷可能存在安全隐患，对煤巷的环境的监测分析和对设备的检修维护都是保障安全的重要方面。通过操作设备和机器对煤矿的空气、湿度等环境做出数据测量，并分析得到的数据，判断煤巷是否适宜进一步施工和开拓。煤巷中的环境存在极大的不确定性和危险性，因而对环境的检测工作要实时进行，保证煤矿掘进过程中的安全。其中，安全检测主要从煤巷粉尘、煤尘、瓦斯及掘进工作带来的震动方面进行监控，确保检测数值在合理施工范围内。同时通过机械设备自身的反馈系统监测设备的使用和老化情况，保证施工设施安全无害[4]。
（四）信息传输技术
煤矿掘进工作施工现场的情况存在多发性和不可预测性，指挥者对施工煤巷中的情况往往不能及时了解和把握，这极大地影响了煤矿掘进工作的施工效率和安全性。因此，需要对煤矿中的信息传输机制做出改进，提高施工者与指挥者之间的信息反馈交流的效率。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆随着科技进步，以太网在工业施工过程中的信息传递方面起到了极其重要的作用，在恶劣的环境下，以太网也能提供及时、有效的信息传输机制，为施工过程中信息的传输提供传输载体，满足工业施工过程中对自动化系统快速、准确、实时的信息传递的要求，将施工现场的各种环境数据和设备状况及时反映给指挥者，便于指挥人员对施工进程和施工方案做出判断，保证正常掘进工程进行[5]。
（五）锚杆支护自动化技术
在采煤重型机械设备不断被应用的同时，需要大大提升采煤机械化程度，在增加工作量产量的同时还能加大瓦斯涌出量，这就需要对回采巷道的维护与断面工作有较高要求，加大巷道断面工作强度。由于大多数断面形状都为矩形，所以，这样的大断面煤巷跨度较大，围岩受力情况较为复杂，顶板及两帮大部分都是煤层，这就使围岩受力强度较低，所以会对巷道的稳定性产生一定影响，这样会在支护方面造成一定困难，有利于实现锚杆支护自动化[6]。
（六）岩层识别技术
岩层的识别直接影响煤矿开采的效率，而采煤掘进机截割负荷大小的差异直接影响煤层和岩层硬度识别能力，具体体现在掘进机截割作业的运行速度上。当掘进机对煤层和岩层进行截割的时候，截割电流、油缸旋转和升降压力的变化都会影响从而影响对煤层和岩层的识别，掘进机对岩层和煤层的识别功能通过同一巷道截割不同参数从而对煤层和岩层界面进行判断，在掘进机截割中，顶板和底板会依据岩、煤层的参数对其加以识别[7]。比如当掘进机沿着底板进行截割时，若截割的轨迹在底板以上形成，在其遇到岩石后可以判断为夹矸，此种情况下作业员只要通过调节电磁比例阀就会继续进行截割；如果在截割底板下面遇到岩石则可以判断为底板，可以通过天宫截割头进行作业，直到发现煤层为止。
（七）自动截割技术
采煤掘进机在作业时，自动截割技术与数控加工技术、传感器技术、运动控制技术等结合起来，可以实时获取截割头空间位置坐标、截割轨迹和导航，并根据这些数据信息调整掘进机作业。掘进机在巷道作业时的状态分为偏心和对心两种，掘进机处于对心作业，只要按照正常的操作流程进行操作就可以了，如果掘进机在作业时受到不平衡倾覆力的作用，位置可能会偏离，会产生很大的噪音和振动现象。因此遇到这样的情况，必须合理设置截割面的参数和轨迹，确保截割头按照作业预设的要求进行作业，然后为了提高作业的精准度，再按照DSP运动控制器进行闭环控制[8]。比如想要确定截割面的尺寸大小，则要根据截割范围，也就是回转台中心的切削球面在巷道横断面形成的圆形投影，截割的范围必须在这个圆形投影内。
三、自动化技术在煤矿掘进工作中的应用
（一）自动化技术在掘锚系统工作中的应用
煤矿掘进工程的施工地常存在地质条件和地质特征多变、复杂的现象，给工程施工带来不可预测的安全风险。因此，煤矿掘进工作中对煤巷的安全性能的保障是煤矿施工的重要方面。利用自动化技术，施工者可以在施工过程中加强对煤巷的养护和安全检测，分析煤巷的承力能力和建造结构，保证煤巷稳定和坚固。而与煤巷的承载结构密切相关的掘锚系统的稳定是自动化技术研究分析的重点。
（二）自动化技术在锚杆保护工作方面的应用
煤矿掘进工作中不可避免的问题是煤矿中的瓦斯泄露风险，瓦斯泄露可能产生爆炸，造成严重的人员和财产伤害，因此，加强煤巷的坚固和稳固性能对煤矿掘进工作具有重要的意义。而锚杆支护的精细自动化技术为煤矿施工的效率和安全性能提供了保障。自动化技术依据锚杆采集信息，将获得的数据进行反馈，参考合理数据，对掘进机的工作做出相应调整，满足掘进工作中对生产安全可控的要求，也节省了施工成本，带来更高的生产效益[9]。
（三）自动化技术在信息传递工作中的应用
煤矿掘进工程中常出现施工地地质条件多变、复杂、难以预测的情况，指挥人员需要对煤矿中的情况进行实时监控和判断，但信息传递的效率由于距离和空间的影响极易产生信息失真、信息遗漏的问题，对施工过程中的施工方向和施工进程造成影响。因此，施工中可以采用高效率的信息传递方式。
结语：
通过建立掘进工作面自动控制系统模型，能够对煤矿挖掘工作中的自动化技术应用有更加具体实用的了解，对系统的应用范围与计划做出进一步规划，能够确定自动化在煤矿挖掘中的应用技术。主要针对煤矿掘进工作中常见的自动化技术和自动化技术在煤矿掘进中的应用展开讨论，希望能对相关工作者提供参考和借鉴。
参考文献：
[1]单存有.煤矿掘进工作面自动化技术研究[J].能源与节能,2018(7):133-134.
[2]宋小渭.机电自动化技术在煤矿掘进工作面中的应用研究[J].区域治,2018(47):151.
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[4]邵朱军.煤矿掘进工作面自动化技术研究探索[J].科技创新导报,2017(19):30-31.
[5]刘潇.煤矿掘进工作面自动化技术研究[J].科技展望,2017,27(4):153.
[6]池军.自动化技术在煤矿掘进工作面的应用[J].能源与节能,2017(5):160-161.
[7]唐俊飞.机电自动化技术在煤矿掘进工作面中的应用研究[J].内蒙古煤炭经济,2015(8):34-35.
[8]高亚超.机电自动化技术在煤矿掘进工作面中的应用研究[J].化工管理,2015(6):176-177.
[9]王会举.自动化技术在煤矿掘进工作的应用探究[J].建筑工程技术与设计,2018(33):4122.
论文作者:郑东旭
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/10
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