煤矿智能掘进系统可靠性分配的探讨分析

煤矿智能掘进系统可靠性分配的探讨分析

1张成良2宋宏亮

陕煤集团神木红柳林矿业有限公司 陕西省榆林市神木市 719300

摘要：随着人们生活质量提高，对煤矿质量要求提高。现阶段，在煤业发展阶段，煤矿建设企业的开采能力与员工的安全、采煤质量有着密切的关系。为了逐步改变和消除以往的开采模式，我国大多数采煤区都在不断引进技术和设备，实现了煤炭采煤向智能化的发展。

关键词：煤矿智能；掘进系统；可靠性分配

引言

掘进系统智能化的可靠性水平可从基本可靠性和任务可靠性2个方面评价，其中任务可靠性是指产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力，反映了产品对任务成功性的要求。对于煤矿智能掘进系统，在1个工作循环中，涉及多个工序，任务剖面较多，在不同任务剖面中，各子系统、工作装置、工作状态也有较大差别。煤矿智能掘进系统可靠性分配对各系统合理分配可靠性指标，对实现智能掘进系统可靠运行具有重要意义。

1煤矿井下综合机械化掘进系统的配置标准

煤矿井下作业最忌讳的就是盲目开，相关单位必须全面掌握煤矿的具体地质条件，并且还要配备先进的掘进设备和掘进技术，从而促进综合机械化掘进系统的进一步完善与升级，使该系统能够充分发挥应有的水平，确保煤矿井下作业的安全生产。在进行煤矿井下作业时，为了进一步保障掘进设备的安全性，必须提高相关设备协同工作的效率，那么就需要对综合机械化掘进系统进行合理配置。首先，相关单位必须确保自己所使用的掘进设备和掘进技术符合国家规定的标准；其次，公司所使用的掘进设备必须具有独立且完善的系统或体系，保证各个系统可以高效地进行协同作业，进一步促进挖掘作业的工作效率；最后，在进行煤矿井下作业时所使用的单机设备必须严格的规定其标准，确保协同作业的高效完成。

2智能掘进系统可靠性分配

2.1智能掘进系统一级子系统可靠性分配

分析可知，在巷道掘进的全过程中，智能掘进系统各设备在不同工艺阶段承担的功能具有较大差别，同一设备在不同的工艺阶段，承担的工作任务及重要性也具有很大差别。对组成系统的各设备，根据复杂度、工作重要度、环境条件、功能部分的成熟度、时间因子等多个因素，进行可靠度分配，实现在不过大幅度提高系统可靠度的前提下，尽可能地保证各系统均能以较高的可靠度运行，保证智能掘进工作面的正常运行。以要求智能掘进系统总故障率不大于0.1/d为例，对系统的基本可靠性进行分配，结果见表1。

表1智能掘进系统一级子系统可靠性分配

2.2掘锚一体

锚杆钻车可实现 360°无死角钻孔作业；通过两个钻臂调整相对位置，找到更适合的打孔位置；平台与钻臂一体化设计的操作平台，可以给操作者提供安全方便的操作位置，如图1所示。将两个锚杆机构与掘进机巧妙地组合在一起，掘进机作业时将锚护机构收回到行走部上；锚护作业时，支护展开两锚杆机前伸到截割头前锚护作业，避免了截割部作业振动对锚护机构的影响。锚杆机具有夹持器功能，可以夹住卸钎杆、拔钎杆；夹持器打开后，可以通过锚盘 120 mm×120 mm。双级伸缩平台，锚杆机构在两侧行走部，通过双级滑动伸缩平台，将锚杆机伸出到截割头前方锚固作业，实现掘进与锚护位置的切换。掘锚机的作用，现场施工人员在支护顶板下只做简单的辅助工作；降低劳动强度和安全系数，减少人力成本。机械化实现锚护作业改善了作业环境，解决了掘进机与锚杆机分解结合工作造成人力、物力的浪费；实现全断面锚杆施工。掘进机与锚护设备设有液压互锁切换阀，确保锚护机设备动作时掘进机不动，锚护机设备有压力传感器锁死截割电机，避免误操作。

图 1 锚杆钻车

2.3煤矿巷道掘进远程智能监控技术

掘进工作面智能化程度与掘进机远程监控技术有着十分密切的联系，许多学者针对煤矿综掘工作面悬臂式掘进机远程监控存在实时数据采集传输难、控制系统适用性差的问题进行了研究。基于可编程计算机、工业计算机、Linux 操作系统与矿井环网，提出了一种适用于悬臂式掘进机的远程监控系统，该系统在实际应用中具有良好的可靠性、适应性。基于机载可编程控制器、机载传感系统、视频监控系统及工控机，设计了一种用于对掘进工作面悬臂式掘进机的实际状态与参数进行实时监控的系统，并构建了一种用于对各种掘进机位姿检测精度进行验证的高精度掘进机位姿检测验证系统。提出了一种基于虚拟现实技术的煤矿掘进机器人虚拟仿真与远程控制系统，设计了一种基于 DSP（Digital Signal Processing，数字信号处理）的悬臂式掘进机控制系统，对掘进机实际状态进行数据收集并进行计算，与外部设备进行实时信息传输，并将数字孪生驱动与虚拟仿真技术融合，结合悬臂式掘进机模型，设计了数字孪生驱动的悬臂式掘进机智能操控系统，为煤矿巷道掘进工作面掘进机智能远程监测与控制技术的研究提供了极具创新意义的思路。基于 5G 无线网络或 WiFi 连接技术，研究了综掘机可视化远控智能控制技术，对实现巷道智能化掘进可视化操作有着重要意义。

巷道掘进远程智能监控技术已从远程实时监测向远程可视化监控方向发展，随着网络通信技术的不断发展，矿井网络也由比较低端的矿井环网向5G 无线网络方向逐渐过渡，这对煤矿巷道远程智能实时监控有着重要意义。近年来，虚拟仿真技术的发展为巷道掘进远程可视化监控系统的研究带来了巨大帮助，将井下掘进巷道的情况可视化地展现在地面，并将控制信号反馈到掘进工作面，对掘进工作面掘进机组进行远程同步控制，成为当前巷道掘进远程监控智能化的重要标志。

3煤矿井下综合机械化掘进系统智能化建设的应用与展望

对煤矿井下综合机械化掘进系统进行智能化建设，能够使其高速有效地进行掘进工作。综合机械化掘进系统在工作时可以分为以下几个工序：支护、运输、掘进等等，工作人员必须利用先进的技术将这几个工序进行整合，有效处理在支护、运输、掘进过程中出现的问题，使掘进设备的各个系统可以实现一体化水平，进一步强化了掘进设备的工作效率。如今，在进行综合机械化掘进系统智能化构建时，主要的发展趋势都集中在机器人领域内，即使掘进设备有机器人的各种功能和特点。为了更好地实现这一目标，就需要使掘进设备具备远程遥控、自动智能截割、远程监控等功能。远程遥控主要是指掘进设备具备胶带转载机、井下掘锚机等的功能，还应该配置除尘系统、通信系统以及供电系统，从而使掘进设备实现支护、运输、掘进一体化水平；自动智能截割则是指可以提升掘进设备位置检测的可靠度，并提高掘进设备的控制精度。而且自动智能截割还要使掘进设备，在进行截割操作时具备更高的可靠性，扩大了煤矿的开采效率，进一步提升了掘进设备的工作效果；远程监控则是希望提高洁净设备的可操作性和可控性，确保数据在运输过程中的通畅性。因此，在进行综合机械化掘进系统智能化构建时，要不断优化掘进设备的工艺，对掘进设备的工作速度和工作过程进行全方位的调控，进一步提升掘进工作的安全性和稳定性。

结语

在智能化掘进系统中，为保证系统整体故障率处于较低水平，对各组成设备的可靠度提出了较高要求。同时，因掘进过程中环境条件恶劣、工况复杂多变，各子系统工作状态差别巨大，通过考虑不同任务阶段、不同因素对任务可靠性分配的影响，能充分体现出不同组成单元对任务可靠性要求的差异，分配结果更接近工程实际，对指导工程实际具有更强的指导意义。

参考文献

[1]王建春.优化综合机械化掘进临时支护工艺研究[J].当代化工研究,2021(21):124-126.

[2]杨少雄.煤矿综合机械化掘进系统智能化建设要点探讨[J].内蒙古煤炭经济,2021(07):10-11.

[3]任运涛.煤矿井下综合机械化掘进系统智能化建设探讨[J].内蒙古煤炭经济,2021(06):134-135.