1、江西煤炭科技2023年第1期摘要：综掘工作面煤机装备的智能化程度普遍低于综采工作面。唐安煤矿以EBZ-2 0 0 A型综掘机为基础，不断进行智能化装备的升级，对掘进机位姿检测与纠偏、自适应截割等理论及技术进行了深入研究，引入位姿纠偏、自动截割、装备故障的自主感知等功能，且各个环节实现了数据远程控制、平行作业，为矿井智能化建设进行了有效尝试。关键词：矿井智能化；掘进机；设备升级中图分类号：TD6 3+2.2文献标识码：A文章编号：1 0 0 6-2 5 7 2（2 0 2 3）0 1-0 2 2 2-0 3Application and Research on Intelligent Trans
2、formation on EBZ-200A RoadheaderXu Zhao（Tangan Colliery,Shanxi Lanhua Science and Technology Venture Co.,Ltd.,Gaoping,Shanxi 048407）Abstract:The paper makes study on the intelligent upgrading of EBZ-200A roadheader in Tangan Colliery including the theoryand technology of pose detection,rectification
3、 and adaptive cutting of roadheader,in which autonomous perception of poserectification,automatic cutting and equipment failure are introduced to realize data remote control and parallel operation in allprocedures,making an effective trial of intelligent construction in mine.Key words:coal mine inte
4、lligentization;roadheader;equipment upgradingEBZ-200A 型掘进机智能化改造研究与实践许 钊（山西省高平市兰花集团股份有限公司唐安煤矿分公司，山西高平0 4 8 4 0 7）近年来，随着老矿井煤炭资源开采深度的不断延深致使巷道掘进量显著增加，巷道的矿压也越来越大，作为煤炭开采中重要环节的巷道掘进所面临的冒顶、断层、陷落柱等不利因素也越来越多。同时，由于掘进巷道存在高噪声、高浓度粉尘，甚至高温高湿的恶劣环境，对井下工人的身体健康有很大危害1-3。随着智能化矿井建设步伐的加快，如何有效解决这些问题，提升巷道掘进设备智能化的应用，是矿井可持续发展的重
5、要课题3-4。巷道掘进设备是井下机电系统的重要组成部分，主要负责煤岩体的截割、装载和运输，其设备的技术水平与煤矿生产的效率息息相关。但从目前巷道掘进工作来看，掘进机的自动化与智能化程度明显低于综采工作面，采掘机械化、智能化配比失调的现象比较严重，制约着煤矿企业的健康发展。因此，研发综掘机系统的自主感知及调控技术，对提升巷道掘进水平有重要意义5。1智能化平台的建设唐安煤矿首个智能化掘进工作面根据采掘安排，现布置到四盘区绿色充填开采3 4 C 1轨道巷掘进工作面，通过智能化综合管控平台对各子系统完成了集成整合，实现了矿井掘进数据的大融合，实现了集中联动控制。该智能化系统主干网络采用五万兆工业以太环
6、网，地面核心机房布置了2台I P R A N五万兆交换机，井下布置了6台矿用隔爆型I P R A N五万兆交换机。在3 5k V变电站、风井广场、污水处理站布置有千兆的数据和视频交换机。通过光纤将I P R A N设备进行串联组成环网，环网中的任一光纤出现断点时，支持3 0m s内自动恢复，不会对管控平台接收数据的准确性造成影响。各分系统作用简述如表1所示。表1安全分系统简述水害监测安设全套水文监测系统，由地面水文遥测部分和井下水文监测部分组成，实时对井下水害监测并报警。火灾监测建成光纤测温系统一套，可实现井上下变电所及电缆槽温度信息采集及智能化预警功能。粉尘采掘工作面按要求安装粉尘传感器，能
7、将所有数据实时上传至地面监控中心站，实现监控报警功能。顶板灾害顶板检测系统对主要大巷及采煤工作面、掘进工作面现场进行自动监测和分析，掌握工作面矿压显现规律。灾害综合防治系统建有“三位一体”的管控体系，结合安全质量标准对风险进行辨识、评估、分级、确定风险清单、落实管控责任人、管控措施等功能。入井人员装备井下人员主要配备有定位卡、自救器，管理人员携带有防爆手机、便携式瓦检仪等单兵设备，能够实现区域定位、环境瓦斯参数检测、语言通信等功能。瓦斯灾害能够实现矿井通风系统在线监测和数据共享，并根据瓦斯监测数据实现瓦斯超限区域智能断电及预警功能名称2 2 2江西煤炭科技2023年第1期目前该掘进系统的智能化
8、仍然存在较多薄弱环节，如无法实现对设备的视距遥控、远程遥控、位姿测量、自动截割、位姿补偿、摆速自适应、现场可视化、工况监测、人员防护等功能，则需要对设备进行智能化升级，并与其他安全系统相融合。2掘进机智能化改造分析E B Z-2 0 0 A综掘机是我国拥有自我知识产权的新型掘进机，具有稳定性强、维护简单、运载方便的优点，可实现高强度的连续作业，适用于较大倾角的煤巷、半煤岩巷、软岩巷道的掘进工作，设备主要参数如表2所示6-7。为提高设备智能化控制技术，实现远程可视化操作，将对设备的主要功能进行设计改进。表2EBZ200A掘进机主要参数EBZ2 0 0 A掘进机主要参数截割高度/m4.5截割硬度/
9、MPa8 5截割宽度/m5.5爬坡能力/1 8一次定位截割断面/m22 32.1位姿检测与纠偏技术掘进机在工作过程中位姿的偏差将会对巷道断面的成形质量产生影响。E B Z-2 0 0 A掘进机位姿纠偏技术重点分析了不同截割载荷工况下对设备的位姿影响，并提出通过调节前铲板液压缸和后支撑液压缸的方式进行纠偏。但在实际使用中仍有一定控制误差，位移纠偏量不达标，在后续截割过程中需要重新校对的缺点。针对掘进机的位姿检测，先后有专家学者提出了超声波、无线电、激光标靶等定位技术。但E B Z-2 0 0 A掘进机在作业过程中受井下空间影响，单一的定位检测技术无法精准掌控掘进位置的变化，难以捕捉掘进机的具体位
10、姿。对此，在总结了多种主流定位技术的基础上，引入了掘进机捷联惯导组合定位检测系统，即U WB（U l t r a Wi d e b a n d,超宽带）组合定位技术。这种定位技术,针对受限空间的定位有较强的实用性，并不会产生累积误差，定位原理如图1所示。U WB定位系统由8个U WB基站组成，包括个移动基站、个固定基站，及安装在掘进机机身上的捷联惯导组成。监测系统设置如下：（1）选取E B Z-2 0 0 A掘进机几何中心为模拟坐标系原点，将4个U WB固定基站置于设备后方进行三维立体标定。（2）使用激光测距仪计算掘进机机身模块尺寸，建立位姿动态的立体模型。（3）将数据导入计算系统，结合不同工
11、况下设备尺寸，计算掘进机位姿。2.2断面成形与自适应截割技术常见的巷道断面形状包括矩形、梯形和半圆拱形，为保证断面的安全高效成型，通常将E B Z-2 0 0 A型掘进机截割头的截割线路定为S形。但唐安煤矿巷道围岩含有煤矸石等硬质杂质，在截割过程中会产生载荷突变，使掘进机产生偏移。对此，设计引入了自适应截割技术，可以实现截割头的自动调速和变向：对于煤矸石含量较小的巷道断面，可以通过调整截割速度和横摆速度来实现自适应截割，避免机械损伤及截割头偏移；对于煤矸石含量较大的巷道断面，需在截割中尽量避开煤矸石带，先截割其余煤岩，待软质煤岩截割完成后再进行补割。巷道断面自动形成原理如图2所示：掘进系统（角
12、度传感器、拉线传感器）根据掘进机绝对位姿的状态推算断面在巷道坐标系中位置，再规划断面成形云图并进行误差分析，进而模拟截割轨迹路线图，实现巷道断面的自动成形。图2EBZ-200A型掘进机巷道断面自动成形2.3安全运行保障及投入针对E B Z-2 0 0 A型掘进机存在零件多样、结构复杂的特点，存在出现故障后难以快速修复的问题，单一机械检测更难以做到及时诊断。因此提出加装可视化远程控制及设备运行状态实时监测的功能。最终3 4 C 1轨道巷掘进工作面智能化升级共投资：智能化掘进机4 7 6万元；液压锚杆钻车1 3 5万元；皮带自移机尾1 1 4万元；合计7 2 5万元。图1UWB定位组合定位原理2
13、2 3江西煤炭科技2023年第1期装置的接地选线时间。设计的选煤厂漏电保护系统动作时间测试结果如表1所示，旁路接地动作时间和接地选线时间测量值均小于理论值，满足漏电保护系统设计要求。表1动作时间试验结果试验条件试验次数傍路接地动作时间/ms接地选线时间/ms理论值测量值理论值测量值I0=1 0 0mA15 03 9.8不动作不动作24 2.1不动作33 8.9不动作I0=4 5 0mA15 03 8.35 04 1.623 9.44 7.234 2.94 5.4I0=7 0 0mA15 03 9.55 04 8.024 0.64 2.134 0.84 3.05结语以S T M 3 2微控制器为
14、核心的漏电保护系统实现了选煤厂漏电保护系统主机、分机控制，并经C A N总线通信实现了数据传送。基于S T M 3 2微控制器的选煤厂漏电保护系统针对阳煤集团寿阳景福煤业有限公司罕山选煤厂漏电保护系统存在的故障信号检测困难的问题进行设计并在该选煤厂完成漏电系统动作特性测试和动作时间测试。测试结果表明，系统满足设计要求，提升了漏电保护系统的智能化水平，有助于提升选煤厂运行的安全性和效率。参考文献：1 郑庆乐，荣相，杨帆，等.一种矿用低压漏电保护装置设计J.常州：工矿自动化，2 0 2 0，4 6（2）：1 2-1 7.2 韩涛.选煤厂漏电保护系统研究J.重庆：自动化应用，2 0 2 0（1 0）
15、：1 0 9-1 1 1.3 赵海斌.漏电保护器在洗煤厂的安装使用探讨J.北京：煤炭工程，2 0 1 9，5 1（S2）：1 2 4-1 2 6.4 杨晓莉.选煤厂高阻接地系统漏电保护技术研究J.广州：机电工程技术，2 0 1 8，4 7（5）：1 1 7-1 1 9.5 孙苏领.矿井供电系统综合选择性漏电保护装置的设计D.西安：西安科技大学，2 0 1 6.6 朱开云，张潮海，刘景福.智能防漏电保护系统在油田作业施工现场的推广及应用前景J.北京：石油化工安全环保技术，2 0 1 8，3 4（1）：3 9-4 2，7.作者简介：王泽斌（1 9 8 9），男，山西运城人，2 0 1 0年毕业于山
16、西煤炭职工联合大学机电一体化专业，专科学历，机电助理工程师，现从事安全管理和技术工作。收稿日期：2 0 2 2-0 5-0 6编辑：许敦昂3实际使用效果在完成对E B Z-2 0 0 A型掘进机的改造后，利用现有设备进行辅助适配，并新增远程集控系统等，整个改造流程注重全面设计，分步实施建设。实际使用过程中，主要有以下三点实际意义：1）经济效益。加快了掘进巷道的推进速度，对解决接替紧张有显著作用。2）安全方面。智能化掘进设备的投入降低了人力成本，减少了井下恶劣环境对人员产生的影响。3）社会方面。在智能化掘进工作面的智能操控技术方面取得了突破，为实现同类矿井的减人增效提供了供借鉴经验。4结语智能化设备在掘进工作面的合理应用对于提高巷道掘进的生产效率起到了至关重要的作用。唐安煤矿根据巷道本身的复杂环境对掘进机进行了智能化升级改造，将掘进机位姿检测与纠偏技术、自动截割和可视化远程监控系统应用到掘进系统中，显著地提升了巷道掘进的智能化水平和控制水平，为下一步实现矿井的智能化生产提供有益经验和基础。参考文献：1 张兴国.智能化技术在煤矿巷道掘进机中的应用及发展趋势J.太原：能源与节能，2 0 2