智能化技術(shù)在掘進機中的應(yīng)用分析及發(fā)展

智能化技術(shù)在掘進機中的應(yīng)用分析及發(fā)

展摘要：隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，掘進機械要向大型化、智能化、無人化方向發(fā)展，技術(shù)創(chuàng)新是關(guān)鍵。煤礦企業(yè)不能只滿足于現(xiàn)狀，還要進一步提高掘進設(shè)備研發(fā)積極性和熱情。以下本文將對智能化技術(shù)在掘進機中的應(yīng)用進行分析，并對其未來發(fā)展做出初步展望，為提高煤礦企業(yè)工作效率和經(jīng)濟效益提供保障。關(guān)鍵詞：智能化技術(shù)；掘進機；應(yīng)用；發(fā)展1智能化掘進機技術(shù)構(gòu)架將智能化技術(shù)應(yīng)用到掘進機中，主要目的在于提高掘進機運行過程中的感知能力和適應(yīng)能力，使其在作業(yè)過程中能夠保持精準度。其技術(shù)構(gòu)架包括三方面，分別為掘進機位姿檢測和糾偏技術(shù)、斷面自動成形與自適應(yīng)截割技術(shù)、安全運行保障技術(shù)。智能感知和自適應(yīng)作業(yè)是智能化掘進機的兩大優(yōu)勢，其中智能感知又可以分為位置姿勢感知、狀態(tài)感知以及成形感知。自適應(yīng)分為自適應(yīng)截割、自適應(yīng)診斷以及自適應(yīng)糾偏。位姿感知作為智能化掘進機中的關(guān)鍵內(nèi)容，不僅能夠感知機體位姿全參數(shù)，還能夠在機體運動過程中結(jié)合位姿規(guī)律進行糾偏。具體來說，在掘進機位姿全參數(shù)感知過程中，主要是利用組合定位計算方式，算出機體位姿誤差和測量誤差，并結(jié)合標(biāo)準值進行調(diào)整和補償，從而準確感知掘進機位姿參數(shù)。在掘進機運行過程感知方面，則是通過建立模型，對掘進機擺臂、荷載以及巷道實際情況進行分析，從而對掘進機位姿進行糾偏和控制。成形感知是智能化掘進機中的核心部分，能夠分析和修正巷道截面成形存在的誤差，跟蹤控制截割頭軌跡以及自適應(yīng)截割。具體來說，在分析和修正巷道截面成形誤差方面，主要利用智能化測距技術(shù)和側(cè)角技術(shù)，對巷道截面特征點位置進行定位，構(gòu)建巷道截面真實模型和標(biāo)準模型，從而對巷道截面進行科學(xué)檢測。從自適應(yīng)截割方面進行分析，主要是通過構(gòu)建模型，結(jié)合實際情況制定相應(yīng)的控制策略，并調(diào)整截割運動數(shù)據(jù)。從跟蹤控制截割頭軌跡方面進行分析，主要是通過識別煤巖，確定軟煤巖和硬煤巖，并確定煤巖切割路徑，調(diào)整掘進機運行軌跡和控制策略，保證巷道截面自動成形。狀態(tài)感知在智能化掘進機中發(fā)揮的作用是保證設(shè)備安全運行。通過狀態(tài)感知能夠?qū)崟r檢測掘進機運行狀態(tài)，同時全過程檢測和診斷掘進機故障情況。2智能化技術(shù)在掘進機中的具體應(yīng)用2.1智能化控制技術(shù)在掘進機中的應(yīng)用（1）掘進機遙控操作系統(tǒng)，該技術(shù)的使用實現(xiàn)了掘進機遠程操控需求，工作人員在30m范圍內(nèi)能夠有序展開相關(guān)作業(yè)。而且該遙控系統(tǒng)具有抗干擾、信號強、穩(wěn)定性高等諸多優(yōu)勢。不僅能夠拓展操作視野，還能夠提高操作靈活性，并且掘進機在運行過程中可以適當(dāng)調(diào)整速度。1.掘進機數(shù)控截割系統(tǒng)。掘進機數(shù)控截割系統(tǒng)能夠真實記錄掘進機動作過程中的油缸行程，并收集截割壁運動過程中產(chǎn)生的所有參數(shù)，將相關(guān)數(shù)據(jù)和信息傳送到工控機后，能夠自動形成截割軌跡圖，有利于工作人員通過顯示器了解掘進機工作狀況，并結(jié)合實際情況控制和管理截割作業(yè)。2.掘進機人機交互系統(tǒng)。智能化技術(shù)在掘進機中的應(yīng)用，需要配備相應(yīng)的硬件設(shè)施，包括工控機和顯示器等。通過硬件設(shè)施，能夠?qū)崟r掌握掘進機運行狀態(tài)和相關(guān)參數(shù)。與此同時，將數(shù)據(jù)庫技術(shù)融合使用，還能夠?qū)⒕蜻M機運行中產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)和參數(shù)進行儲存，有利于為數(shù)據(jù)查詢提供保障。當(dāng)掘進設(shè)備發(fā)生故障時，工作人員只需查詢相關(guān)數(shù)據(jù)，即可判斷故障類型、故障位置以及故障范圍，有利于降低掘進機維修時間，提高效率。3.掘進機紅外線安全檢測系統(tǒng)。利用紅外開關(guān)檢測人體與掘進機的距離，當(dāng)有人員靠近掘進機時發(fā)出聲光報警信號，同時自動停止整機的各項動作，確保人員安全。(5)掘進機安全運行保障系統(tǒng)。掘進機安全運行保障系統(tǒng)包括兩個方面：遠程監(jiān)測和故障診斷。智能化掘進機系統(tǒng)實現(xiàn)了掘進機定向、定位、頂形的可視化控制目標(biāo)，工作人員能夠通過顯示器實時監(jiān)測掘進機運行狀態(tài)和相關(guān)參數(shù)，并且該系統(tǒng)具備自動報警功能，能夠在出現(xiàn)異常情況時發(fā)出報警信號。而故障診斷方面，也融合了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法、故障樹法等多種針對方式，能夠通過多元化故障診斷方法對掘進機單一部件故障進行科學(xué)診斷，有利于能夠確定故障對象、故障原因和故障范圍。使維修人員及時采取措施解決故障，但是該系統(tǒng)也存在一定弊端，即無法有效針對掘進機復(fù)雜結(jié)構(gòu)，如果在運行的過程中，掘進機部件與部件之間因互相影響產(chǎn)生故障，則無法用精確模型對故障類型、故障范圍進行科學(xué)描述，從而增加了故障診斷難度和維修時間。2.2智能化掘進機實際使用效果某煤礦企業(yè)在煤礦開采作業(yè)中應(yīng)用智能化掘進機效果進行分析。該工程在前期試驗過程中，9月?10月期間，智能化掘進機共運行25天，掘進尺寸為180m，井下作業(yè)條件為半煤巖，即上部為煤，下部為巖石。11月28日?11月30日之間，智能化掘進機共運行2天，掘進尺寸為30m，井下作業(yè)條件變?yōu)槿合锏?。該煤礦企業(yè)結(jié)合試驗結(jié)果進行分析和調(diào)整，并將智能化掘進機應(yīng)用到實際工程中，共掘進巷道3500m，平均每月達到了500m?？蛻舴答伭己茫哼b控技術(shù)靈活方便、視野開闊、有效實現(xiàn)少人化作業(yè)；智能化程度高、斷面成型快速準確、保護措施完備、安全可靠。3智能化技術(shù)在掘進機應(yīng)用方面的發(fā)展方向3.1提高檢測精度和抗干擾能力結(jié)合應(yīng)用效果來看，由于井下作業(yè)情況復(fù)雜，部分掘進機在導(dǎo)航定位、激光標(biāo)靶以及視野范圍等方面，受粉塵、環(huán)境等影響，容易導(dǎo)致精度降低，無法充分發(fā)揮智能化掘進機的作用和功能。因此，在未來發(fā)展過程中，專家和學(xué)者需要重點對智能化掘進機檢測精度以及抗干擾能力進行研究，有效提高智能化掘進機的環(huán)境適應(yīng)能力，這也是其智能化發(fā)展的重要研究方向。3.2重點研究掘進機作業(yè)過程感知系統(tǒng)智能化掘進機在截割以及斷面成形在理論研究方面，已經(jīng)基本實現(xiàn)了截割臂擺動速度調(diào)整、截割頭轉(zhuǎn)速調(diào)整以及截割路徑合理規(guī)劃等目標(biāo)，但是在理論轉(zhuǎn)換成實踐過程中受到一定阻礙。其原因是煤巖性質(zhì)存在較大差異性，導(dǎo)致煤巖與截割參數(shù)之間在建立關(guān)系過程中存在一定難度。并且在智能化掘進機運行過程中，還沒能完全實現(xiàn)煤巖特性智能感知需求。因此，在未來發(fā)展過程中，專家和學(xué)者需要重點研究掘進機掘進作業(yè)感知能力，構(gòu)建準確、完善的煤巖特性和最佳截割參數(shù)模型。4結(jié)語總之，人們對煤炭的需求量日益提升，這在為煤礦企業(yè)帶來發(fā)展機遇的同時，也增加了煤礦市場的競爭壓力。煤礦企業(yè)需要提高工作效率和工作質(zhì)量，增加煤礦開采量。掘進機作為煤礦開采的必要設(shè)備，在這一背景下面臨升級和改造需求。參考文獻譚順輝.隧道掘進機多功能化及智能化的發(fā)展與推廣[J].隧道建設(shè)(中英文)，2020，40(09):1243-1250.王步康.煤礦掘進技術(shù)與裝備的現(xiàn)狀及趨勢分析[J].煤炭科學(xué)技術(shù)：，2020，112(03)1-3許珍珍.智能化通風(fēng)控制系統(tǒng)在掘進工作面中應(yīng)用[J].煤礦現(xiàn)代化，2020，12(02):121-123.任惠東.掘進機自動截割控制的關(guān)鍵技術(shù)研究[J].中國石油和化工標(biāo)準與質(zhì)量，2019，39(23):220-221.王曉旭.煤礦高效掘進