煤矿井下巷道掘进测距闭锁装置的研究

袁文丰

（王庄煤业有限责任公司，山西 长治 047102）

0 引 言

水害是矿井五大自然灾害之一，它严重威胁着矿山的安全生产。各类事故通报表明，透水事故是主要的重特大事故类型之一。在煤巷的掘进过程中,透水事故时常发生，而超前探水是防止透水事故的有效措施，因此，在有突水可能的地段,均须提前探水，并坚持“有疑必探、先探后掘”的施工管理原则[1]。

通常情况下，在煤巷掘进过程中，对前方地质条件了解较少时，掘进工作队一般先沿巷道掘进方向进行探水,以保证巷道掘进安全，探水完毕后启动掘进机进行掘进工作[2]。此过程中每探水一定距离，掘进机的掘进距离都有一个安全范围，需要掘进工人随时对掘进机的掘进距离进行人力测量，当超过安全距离范围时，必须停止掘进机的掘进工作，直到再次探水后，方可再次掘进。掘进过程是一个不断探水再掘进的重复过程，而且重复作业过程始终必须做到“掘前必探”。由于掘进过程的不断测量，掘进机不断地启动和停止，不仅测量距离的精度无法得到保证，而且使煤矿工人承担较大劳动强度的同时，也增加了煤矿工人在井下操作的危险性[3]。

基于上述原因，本文所研究的掘进机掘进测距闭锁装置，不仅能实现掘进距离的自动实时测距，而且达到探水条件时能够对掘进机进行闭锁，不仅减少了劳动强度，实现煤巷掘进作业的自动化，而且大大提高了掘进作业的安全性及可靠性。

1 激光测距传感器选型及测距方案选择

1.1 激光测距传感器的选择

由于掘进机工作面环境恶劣，所以对测距传感器要求比较高；不仅要能够适应恶劣环境，而且必须满足煤矿对防爆等的要求。经过市场调研，采用中煤科工集团重庆研究院所设计生产的GJJ50矿用本安型激光测距传感器。该激光测距传感器主要用于煤矿井下距离的实时测量，包括自动监测采掘工作面的实时进尺，实时监测井下工作面的相对位置，还可以根据需要自动监测其他目标体之间距离，适用于矿井下有煤尘和瓦斯存在的场所。

1.1.1 产品特点

1）采用进口高精度激光测距传感模块，寿命长，测量精度高，重复性好；

2）结构紧凑、轻巧，安装维护方便；

3）采用红外遥控方式设置参数。

1.1.2 技术特性

1）测量范围: 0.05~50.00 m，显示分辨率为：0.01 m；

2）基本误差:0.5%(F.S);

3）信号输出:1~5 mA（负载阻抗200）和RS485 通讯方式；

4）传输距离:在1.5 mm 铜线线径的情况下，最大传输距离1 km；

5）基本参数: 工作电压:15~24 V DC；工作电流：≤24 A。

1.2 掘进测距闭锁方案的选择

图1 掘进测距闭锁控制装置示意图

图1为掘进机掘进测距闭锁装置示意图。该装置主要由激光测距传感器、矿用PLC 电控柜、声光报警器、光纤收发装置等组成。其工作原理：通过安装在锚杆上的激光测距传感器向前方掘进煤壁发射信号并经反射接收，计算的实时距离反馈给PLC电控柜，PLC按照既定程序对掘进机进行实时监测并进行控制，当达到闭锁条件时，使掘进机闭锁，无法掘进，解锁后方可正常工作。PLC电控柜中的光纤收发装置可与井下环网相通，可将掘进过程中的实时数据上传至地面，以便集中监控。

对掘进机的闭锁，可以通过对其电控部分的改造来实现。由于掘进机行走部分采用液压控制，不易实现闭锁控制。对掘进机电控箱进行改造可以很容易实现掘进机的高速截割和低速截割的闭锁。当达到闭锁条件时，使掘进头闭锁，无法正常掘进。当探水结束后，解除锁定方可进行下一轮的掘进。

1.3 掘进测距闭锁装置现场调试与使用

1）掘进机掘进测距闭锁装置由激光测距传感器和PLC 控制柜等组成，图2 为其PLC 电控柜内部接线原理图。

图2 闭锁装置电气原理图

2）正常工作时，控制箱面板液晶显示屏显示：“激光探头距离##.#m”，“本次探水后掘进距离##.#m”,随着掘进机掘进距离的增加，当本次探水后掘进距离超过预设值（10 m 可设定），声光报警器报警，提示工作人员，控制箱面板液晶闪烁显示“掘进测距闭锁，探水后解锁”。

工作人员按压“复位”按钮，解除声光报警。测距闭锁后，掘进机将不能再向前掘进，必须用探水设备探水，等探水完毕后，通过测距闭锁控制箱面板上的小按钮输入解锁密码后，方能解锁，解锁后，本次探水后掘进距离清零，重新开始测距，同时掘进机恢复正常工作状态。

3）当激光探头距离超过预设的最大测距范围（43 m可设定），声光报警器报警，提示工作人员，控制箱面板液晶闪烁显示“探头超出范围，挪动后解锁”，工作人员按压“复位”按钮，解除声光报警。探头超出范围闭锁后，掘进机将不能再向前掘进，必须将激光测距传感器向掘进方向挪动，当挪动到激光探头距离适当的范围（一般在8 m左右）后，固定激光测距传感器，固定好以后，通过控制箱的小按钮输入解锁密码后，方能解锁，解锁后，掘进机恢复正常工作状态。

4）解锁方法：按压ESC 键，出现“用户菜单”反白显示，再按ENTER 键，出现“掘进机测距解锁”反白显示，再按ENTER键，出现“输入解锁密码111111”，再按ENTER 键，光标闪烁，通过上下左右键输入正确的解锁密码，输入好以后，再按ENTER 键，光标停止闪烁；再按两次ESC键，退回到原始显示状态。

5）参数设置：按压ESC 键，出现“用户菜单”反白显示，再按ENTER 键，出现“掘进机测距解锁”反白显示，再按向下键，出现“掘进机测距闭锁参数设置”反白显示，再按ENTER键，出现“探水后掘进距离”，可通过上下左右键修改，修改完毕后按ENTER键存储。还有探头测距上限，修改解锁密码，参数设置，设置方法同上。再按两次ESC键，退回到原始显示状态。

现场使用时必须注意：（1）掘进工人需在每次掘进停止，确认探水完毕后，在PLC控制柜上输入密码，启动掘进机，进行下一轮作业；（2）掘进工人需在警报器发出警报后将激光测距传感器向掘进机移动至设定范围并固定在锚杆上。

2 结束语

介绍了掘进测距闭锁装置采用PLC 控制技术、传感器技术以及通讯技术，实现掘进机掘进距离自动监控，并在达到闭锁条件时，对掘进机进行闭锁，无法进行掘进，直到探水完毕，解锁掘进机后方可重新正常掘进。该装置不仅降低了劳动强度、提高测量精度，而且通过与井下环网连接实现煤巷掘进数据的实时上传，便于设备的集中监控，为实现煤矿自动化掘进工作打下基础。

[1] 李铁宁,李万鹏,徐伟，等.航天导航定位仪在全自动掘进机上的应用[J].煤矿机械,2010(8):206-207.

[2] 刘臣,宁克军.煤巷掘进施工测量工作[J].水力采煤与管道运输,2005(3):15-16.

[3] 秦一专.不进入危险区进行测距的探讨[J].有色矿山,1999(2):48-51.