远程控制技术在薄煤层掘进机中的研究及应用

杨超峰

摘要：薄煤层掘进机关键技术研究及应用，解决了低矮巷道掘进的行业性难题，带动了新型掘进机向特殊性、智能性、安全性、创新性发展，使整个掘进机行业有了新的发展方向，具有十分重要的意义。高效快速掘进系统是目前掘进技术的发展方向，在掘、支、运“三位一体”研究方向取得较大突破，解决了掘进、支护不平衡主要矛盾，有效地提高了掘进效率。

关键词：远程;控制技术;薄煤层;掘进

1薄煤层掘进机关键技术

1.1掘进机矮型化技术研究

掘进机用于薄煤层巷道掘进，需解决的最根本的问题就是掘进机大截割功率的前提下降低掘进机自身高度。截割减速箱为两级行星传动，为了降低截割臂自身厚度，就要减小减速箱的直径;掘进作业中有破底（顶）的需要，所以要求减速箱的动载系数较大，既要结构紧凑、体积小，又要有足够的抗冲击能力，同时还要具有良好的散热效果。截割电机也要降低自身厚度，才能整体降低截割臂的高度尺寸，但是还要考虑控制电机的整体长度，避免因截割电机加长导致截割臂整体长度增加带来的装料问题，因此将截割电机与截割臂设计为一体式结构。降低整机高度，同时还要研究本体、回转台及其履带梁的结构，降低各个部件的高度，才能够整体大幅度降低整机高度。

1.2矮机身掘进机可靠性研究

降低各个部件的高度，同时保证各个部件的结构可靠性，研究新型联接方式，增加防剪结构，同时用MATLAB和ADAMS工程软件对薄煤层掘进机的各个重要部件进行应力分析，将虚拟样机技术应用于设计前期阶段，在设计阶段即迅速发现设计缺陷并不断修改，同时对虚拟样机进行对于物理样机来说根本无法实现的测试，可以极大程度节约研发成本，缩短研发周期进而大大提高研发效率。通过分析结果，逐步改善结构，保证系统的整体可靠性。

1.3矮机身掘进机操控性技术研究

薄煤层巷道由于受到巷道高度限制，手动操纵设备十分困难。因此薄煤层掘进机采用遥控操纵技术，将“863计划”項目“掘进机远程控制技术及监测系统”成果转化应用，遥控器发出操作信号，接收机接收后将信号传送至EPEC控制器，经处理运算后直接控制电磁阀动作或者再发送至三菱PLC控制电机、电铃等器件动作，实现设备的远程遥控控制，从而使工作人员可以在距掘进机一定距离的位置进行操作，更加安全并且视野范围更加开阔。由于采用全遥控操作，为保证遥控器工作的可靠性，遥控器选用一套国产遥控器加一套进口遥控器的方案，国产遥控器和进口遥控器不能同时打开，否则无法操作掘进机，避免了两台遥控同时操作而发生危险的情况;使用任意一个遥控器均能正常操作，这样即使其中一套遥控器出现问题，可以马上用另一套遥控器进行操作，不会影响生产。

1.4掘进机内喷雾高效灭尘技术研究

低矮巷道，空间狭小，不利于粉尘的排放，对井下工作人员的身体健康造成极大伤害，因此有必要研究掘进机内喷雾高效灭尘技术。薄煤层巷道掘进机采用高压水射流技术，截割主轴贯通式中空结构，独立的内喷雾水路，水路置于主轴内，内喷雾可靠性高，维护方便，截割头内喷雾水压可以达到20MPa以上，同时采用防堵内喷雾水雾全包覆式截割头，提高灭尘效果。

2高效快速系统组成概述

高效快速掘进系统由掘锚机、破碎机、跨骑式锚杆钻车、可行走弯曲输送带转载机、迈步自移机尾组成，系统适应巷道宽度为6.0m，巷道宽度4.2m，实现掘进、锚护、破碎、运输于一体，并且采用了系统自动化控制技术，实现多台设备联动，可解决掘进和支护交叉作业问题，实现多级、连续输送，提高采煤作业效率及安全性，实现真正的综合化机械掘进技术。

2.1掘锚一体机

掘锚一体机可同时实现割煤与锚杆支护作业，割煤滚筒与装载运输机构通过进给油缸整体向前推移，由截割机构进行割煤，锚杆机构与主机架停在原位由后稳定器支撑来保持稳定，锚杆钻机向顶板进行锚杆作业。截割滚筒完成巷道全面截割后，装运机构同时对落煤进行装运，锚杆机构继续进行锚钻作业。随后进给油缸缩回，截割机构与装载输送机构回归原位，行走机架与主机架向前移动，完成一组掘进动作。掘锚一体机的优点有：适用于多种巷道，割煤率高，减少边角煤的浪费，优化作业流程，降低人员劳动强度，提高安全性。

2.2破碎转载机

破碎转载机可实现对落煤的初级破碎，主要组成部分为底盘、滑移架、受料部、破碎部和卸料带。底盘包括中间架及履带架两部分组成，滑移架设置在中间架上，受料部铰接于滑移架上，破碎部固定于滑移架上，卸料带具有独立的驱动装置。受料部未直接固定于中间架，可自行滑移，适时调整接料范围。

2.3履带行走式跨骑锚杆钻车

履带行走式跨骑锚杆钻车是整套设备中的核心设备，跨骑于带式转载机上方，与带式转载机相互独立，主要负责巷道内顶板、侧帮的锚杆支护工作，其最大锚护范围可达30m2。10臂锚杆机提高系统锚护速度，与掘进和运输互不影响，实现掘、运平行作业，一次可进行6套顶锚和4套帮锚的支护，有效缩短支护时间，提高支护效率。另外CMM10-30锚杆钻车还具备独立的除尘系统，降低环境中粉尘浓度，符合绿色煤矿能源发展理念。

2.4可行走弯曲带式转载机

可行走弯曲带式转载机主要配置自适应胶轮行走装置、动力站、滑动小车、托辊机构。具有独立的动力站，与迈步自移机尾上下重叠布置，输送距离较长，有效减少辅助运输时间。自适应胶轮行走装置主要结构是悬挂机构，使得输送机在输送带运行过程可以顺利拐弯，较好地适应地面的起伏情况。托辊机构包含第一托辊、第二托辊、第三托辊以及输送带压轮，使得运输顺畅，结构紧凑，可在弯曲的情况下平稳地运煤，且掘进运煤过程中不需延长输送带，大幅提高掘进工作效率。

2.5迈步自移机尾

迈步自移机尾与可弯曲输送带转载机上下重叠式布置方式，搭接行程可达150m，同时增加辅助运输宽度，有效提高转载运输能力。太原院设计的迈步自移机尾集调偏、自移于一体，同时刚性架下方设计缆线槽，便于电缆及液压管路的布置，减少移动电缆等工作量。该设备可将输送带转载机上煤块连续转运至巷道带式输送机上，同时刚性架上的销排设计和自移动力站便可牵引弯曲输送带转载机在刚性架上灵活移动。迈步自移机尾主要由底盘、尾架及刚性架组成，由底盘主体支架顶板、底板形成支撑点，端头举升油缸底部安装有滑轮，可沿底盘主体滑轨移动，形成推移机构来移动尾架及刚性架移动。动作完成后再由刚性架作为支撑点，移动底盘主体完成自移行程。迈步自移机尾有效地解决了原带式输送机接料行程短、移动不灵活、占用空间大等一系列难题。

2.6液压系统与电气系统

整体电气系统采用无线通信装置，通过传感器进行数据采集，通过无线远程遥控实现动作，快掘系统的协同远程控制，各设备自动优化匹配，整套使用高效、安全、连续。

3结语

薄煤层掘进机关键技术研究对于解决巷道掘进过程中破底（顶）问题，提高巷道掘进机效率，具有重大的现实意义和战略意义。通过分析煤矿巷道机械化快速掘进技术的现状，提出了高效快速掘进系统是未来煤炭采掘工程的发展方向。

参考文献：

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（作者单位：河南大有能源股份有限公司常村煤矿）