王艺博
陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司 陕西省榆林市 719300
摘要：目前国内煤巷、半煤巷道综掘机械化程度和掘进设备技术水平与综采机械化程度相比，有着较大的差距．因此，掘进机械要向大型化、智能化、无人化方向发展。技术创新是关键。悬臂式掘进机具有生产效率高、掘进速度快、适应性强、调动灵活的优点，目前已成为煤矿掘进主要的生产设备。但设备多为手工操作，造成司机劳动强度大、视野窄、舒适性较差、劳动生产率低，且施工质量、施工安全很大程度上依赖于人为因素，井下的伤亡人数仍较多，因此，研究井下智能化掘进机势在必行。
关键词：煤矿 ；掘进机 ；智能控制
掘进作业是煤炭开采中最重要、最危险的前端生产环节之一。随着煤炭开采深度和巷道掘进量越来越大，掘进工作面冒顶、突水、瓦斯爆炸等灾害现象也越来越严重。同时，掘进巷道恶劣环境极大地威胁着井下工人的身体健康。解决这些问题的有效途径是推动巷道掘进自动化与智能化，这也是煤炭行业转型升级的必然选择。当前我国智能化技术发展速度不断加快，在煤矿掘进机中的运用越来越普遍，掘进机自动截割系统，操作系统及信息显示系统中对智能化技术有着充分的使用，可以有效完成掘进机的自动切割及运行过程中的参数数据收集。从各个不同工作角度和工作流程中，实现煤矿截割、装运以及行走等各种不同工作环节的智能化控制。
一、概述
随着社会的发展，在科学技术的推动下，智能快速掘进技术成为了时下应用较为广泛的技术。以往在煤巷机械化进程中，传统快速挖掘技术不仅缺乏完善的挖掘系统，而且制约了掘进效率。而智能快速掘进技术具有记忆能力、学习能力的特征之外，还可以兼具感知能力和决策能力，并以自动化控制系统为枢纽，在带式输送机、破碎转载机、锚杆机以及掘锚机中具有不可替代的价值。此外，智能技术还可以借助远程可视监控，在掘进、支护、运输方面实现了安全协调高效的三位一体式挖掘，设备集中协同控制效应显著提升，对于将来煤炭行业掘进工作的无人化提供了坚实保障。
二、掘进机智能化技术
1、驱动装置的选取。在掘进机的截割电动机类型选择方面，需要将电动机的防爆性能加以充分的考虑，同时掘进机在工作过程当中，截割电动机通常情况下处于空载运行的状态，内部不存在加时的时候，直接会对掘进机造成非常大的阻力。因此，要想充分保证电动机的最大工作性能，必须要将切割阻力降低到最小。在工作过程中需要充分依照 GB3836当中的相关规定要求，在连接方式和防尘防水等方面都需要充分符合掘进机的工作要求。掘进机的电动机型号需要选择防爆性能良好的 YBUS 三相异步电动机系列，通过对该系列电动机的使用，通入三相正弦驱动模式可以更加符合掘进机工作电压以及最大的工作电流需求。
2、运动控制卡的确定。运动控制卡在 PCI 总线当中具有良好的稳定性，在工作过程当中可以以脉冲运动控制的方式来进行工作，运动控制卡当中设有开放性数据管理单元，为用户建立起 windows 操作平台，同时相关工作人员可以对其进行自行改造和升级，运动控制卡结构的设定可以为掘进机智能控制工作提供良好的保障，在各个制造产业当中运用非常广泛。
3、传感器的选取。在煤矿掘进机智能控制系统中，通过传感器的运用，实现了对工作环境条件的充分感知。传感器可分为两种不同类型：直线位移传感器；角位移传感器。在位置传感器工作过程中，可感知到周围环境中的物体位置，同时通过信号转化，将其传输到控制终端中。对此传感器类型的选择，通常情况下是以传感器的可靠性和稳定性作为基础，由于煤矿掘进工作环境比较恶劣，在传感器设备的选择工作中，要尽可能选择一些防水防火性能良好的设备类型。
4、视频信号采集卡的选取。视频采集卡也称之为视频卡，主要是将煤矿掘进机工作过程当中的信号或者是音频等输入到计算机系统当中，比如控制系统当中的摄像机 LG 视盘机等产生的信号有效转化成为计算机可以识别的数据类型。通过计算机的处理之后，有效的储存在计算机系统当中，为后续的洁净及开采工作提供数据依据。通过视频采集卡的有效运用，大大提高了煤矿掘进机的智能化控制程度，保证煤矿掘进机工作的稳定性和高效率。总结来讲，掘进机的智能化控制技术需要依照实际的煤矿开采环境，在掘进机设备上增设智能化控制设备，从而实现一种省时省力和节能环保的工作效果。
三、煤矿智能掘进系统发展趋势
悬臂式掘进机的信息化、自动化和智能化是其发展方向，国内外在精确定位、巷道成形截割、智能截割、远程控制等方面做了大量研究，极大地推进了煤矿巷道掘进效率和成形质量表现在 :
1、煤矿井下精确定位技术。基于视觉的导航技术虽然可以高精度地测量掘进机机身位姿，但基于可见光的视觉测量不适合井下高粉尘、昏暗的环境；井下环境会对基于激光的导航技术的测量精度受到影响，同时难以完全实现掘进机自主定位；惯性导航技术是无源导航技术，环境适应能力强，但时间累积误差大。采用多传感器融合技术是解决目前井下生产装备精确定位的趋势。将惯导与激光测距仪、里程计等传感器信息进行融合，实现悬臂式掘进机在井下巷道中的定位问题是目前研究的热点，但是需要解决截割振动影响下的传感器稳定性问题，惯导平台减震和鲁棒性好的算法研究势在必行。
2、煤矿掘进装备机器人技术。悬臂式掘进机是一个基于液压驱动的移动机械臂系统，是非线性、多输入、多输出系统。数学模型无法准确表达系统，普通的控制算法无法实现掘进机截割臂的精准轨迹跟踪。随着综掘工作面自动化水平提高，很多学者提出基于精确定位和远程操控实现掘进机作业过程，将工业机器人控制理念用于煤矿井下巷道掘进，提高掘进质量和效率，在位姿精确测量的前提下实现综掘工作面的少人甚至无人作业。悬臂式掘进机机器人技术包括控制系统建模、运动学正 / 逆解、多传感器数据融合处理，可视化掘进过程人机交互，以及智能控制算法 ( 如模糊控制、滑模变结构控制、自适应神经网络控制等 ) 等技术。
3、掘进机远程监控技术。综掘工作面生产过程存在开采效率低，粉尘严重造成工人操作看不清、劳动强度大等问题，国内学者对虚拟工作面模型构建、煤矿设备远程操控、多传感器数据三维表达、3DVR 数字模型碰撞检测，以及多信息智能操控决策等技术进行深入研究，采用虚拟现实技术构建数字综掘工作面，实现“虚实同步、数据驱动、远程干预、人机协作”的掘进机控制策略，达到了设备远程监控的目标。
总之，在目前煤矿掘进工作中，掌握和应用智能关键技术是提高企业经济效益的必由之路，为此应该加大对新技术、新材料以及新工艺的研究，提高自动控制技术，提升掘进机关键部件质量，确保工作协调高效进行，指导掘进工作安全有序运行，加强对国外先进设备和技术的研究，尤其是针对智能控制和远程操控环节，更要实现优势互补，改善掘进机整体性能，使掘进机智能化关键技术独特优势能够充分释放，确保未来我国在智能化关键技术领域能够取得突破性可持续进展。
参考文献：
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