霍继斌
摘要：煤矿业作为我国国民经济重要的组成部分，对我国经济的发展、人们生活水平的提高具有不可或缺的意义。在煤矿开采过程中，随着开采深度和规模不断增加和扩大，掘进机得到了较好的应用，其主要目的是对煤矿巷道进行开拓，同时也反映着煤矿企业生产的机械化水平。近几年，我国科学技术发展日新月异，掘进机智能化、自动化水平不断提高，得到了各矿业人士的一直好评。笔者就掘进机自动化截割技术进行了研究，阐述了掘进机在巷道中的定位、确定截割断面尺寸和参数、设置截割轨迹、DSP控制器通信等方面的应用，从而促进掘进机截割技术向科学化、标准化、自动化方向发展。
关键词：掘进机 截割技术 自动化
1 概述
煤矿开采和生产过程中，掘进和回采作为重要的生产环节，采集技术及装备水平对煤矿生产安全、能力有着直接的联系。在市场经济体制不断改革下，煤矿行业市场竞争力日渐激烈，煤矿企业若想在市场中立于不败之地，就必须不断提高煤矿生产效率和生产量。掘进机作为煤矿生产过程中重要的煤巷开拓装备，在科学技术高速发展与进步下，掘进机自动化截割技术逐渐提高，不仅有利于保证矿井采掘关系的平衡，还可以确保煤矿生产安全、可靠、高效、稳产，对提高煤矿生产效率、促进煤矿可持续发展具有深远的意义。
2 掘进机自动化系统组成
掘进机作为煤矿生产过程中必须的装备，主要功能是对煤矿巷道进行开拓，以便扩大煤矿开采规模，实现煤矿高产高效、快速推进的战略发展目标。近年来，我国科学技术不断进步，尤其是计算机技术、数控加工技术、传感器技术、运动控制器DSP技术的高速发展，为掘进机实现自动化、智能化操作创造了有利条件。为实现掘进机截割技术自动控制，采取嵌入式工业控制计算机和可编程控制器相结合的数据搜集、处理模式，能较好的解决传统掘进机截割操作的不足，对提高煤矿生产量、增强煤矿企业核心竞争力、促进企业健康、可持续发展具有积极的意义。掘进自动化系统组成如图1所示。
3 掘进机自动化截割技术的研究
3.1 掘进机在巷道中的定位
在煤矿巷道开拓中，对掘进机进行定位，不仅是确保施工过程顺利进行的关键，也直接影响着掘进机的工作效率。在对掘进机进行定位时，需要根据煤矿巷道的实际特点以及施工环境，选择科学合理的定位方式，从而确保掘进机开拓的效率。通常情况下，掘进机主要采用两种定位方式，即对心工作和偏心工作，其他定位方式都是基于这两种方式演化而来的。处于偏心工作状态下，掘进机在水平截割的同时，还可以提高其工作的效率，确保施工的安全性。在最小回转角度和最大回转角度时，掘进机所承受的倾覆力矩存在较大的差异，且制造出较大的噪音，对掘进机截割硬岩带来了一定的难度。因此采取自动化截割技术，尽可能减小掘进机轴线与巷道轴线的偏心距离，从而使掘进机实现更好的定位。
3.2 确定截割断面尺寸
理论上截割面积主要是指截割部以回转台为中心的工作切削面在垂直巷道方向上的投影，通常情况下，实际截割范围在理论截割范围之内，那幺对于掘进机来讲，必然可以实现一个工作循环的截割。在掘进机截割过程中，所采用的截割路线主要是一种预编程模式，并将相应截割的参数进行存储，其对象为DSP中的ROM/RAM。在这样的情况下，掘进机操作人员只需要通过对巷道断面参数的结合，从而更加准确的判断工作线路及循环次数，实现对截割断面尺寸的确定，为后期煤矿开采规模的扩大奠定了基础。
3.3 截割断面参数以及切割轨迹的设置
在煤矿巷道开拓过程中，采用自动化掘进机进行断面截割，在提高截割效率的同时，也确保了施工过程的安全和稳定。掘进机截割头开始截割操作时，首先设置一个初始位置，可以将其命名为a，那幺计算机相关系统就会对a点坐标的信息进行存储于RAM中。接着在某个程度上结合截割头的高度，计算机系统自动计算上、下截割工作循环次数，待掘进机完成上截割工作时，系统再次对初始位置a点坐标进行调动，并将其自动恢复到原始值，然后计算机系统对下截割曲线进行调用，最后掘进机完成截割，系统有效的存储截割轨迹。
3.4 DSP控制器通信方案
遥控发射机发射出相关运动指令后，运动控制器对该指令进行搜集、分析、判断及一定程度的解析，然后将其送至FPGA中的RAM/ROM中。那幺DSP中的数据线就能轻松、准确的读取相关数据，并对读取后的数据进行一定程度的插补计算。同时，DSP就可以完整的解读从实际范围装置中对应掘进机截割部实际位置的反馈值，并将两个值进行分析比较，计算出它们之间的误差，通过控制器的校正功能，结合实际误差的大小进行一定程度的调整，然后接收下一步的运动输出量。DSP控制器通信过程中，计数器的功能是有效的读取反馈装置反馈回来的方向信号以及计数脉冲量。控制信号主要功能是接收读取信号和时钟信号。在信号搜集、读取、分析、解析等环节中，科学有效的利用闭环控制方法，通过计算机编程控制器、传感器等相关系统，实现掘进机截割工作控制的自动化和智能化，在提高系统控制准确性、及时性的同时，也确保了掘进机施工的质量安全。
4 结束语
在我国科学技术不断进步与发展背景下，掘进机智能化、自动化程度逐渐得到了提升。自动化掘进机具有安全、高效、成巷质量好、开拓效率高等优势，在矿业开凿平直地下巷道中得到了广泛的推广与应用，其实践效果获得了业内人士的一致好评。本文通过对掘进机自动化截割技术进行了分析，主要对掘进机巷道定位、截割断面尺寸的确定、切割轨道的设置以及DSP控制器通信等方面进行了研究，有效的将计算机技术、传感技术、数控技术以及运动控制技术完美的结合，大大的提高了掘进的自动化、智能化以及机械化水平，实现了煤矿生产高效高产的目的，为煤矿企业健康、稳定、可持续发展奠定了坚实的基础。
参考文献：
[1]汪晓光，荣清白，李文泷.掘进机自动化截割技术的研究[J]. 煤矿机械，2012，03：47-49.
[2]李建刚.自动化掘进机仿形截割控制策略研究[D].辽宁工程技术大学，2012.
[3]黄向阳，闫炳雷，杨文林.掘进机自适应截割技术研究[J].煤矿机械，2013，10：42-44.
[4]张金亮.掘进机煤岩识别技术研究与应用[J].煤，2011，08：96-97.
