煤矿掘进机保护装置的多层次系统与优化

杨 开

我国作为以煤炭资源为主要能源依靠的大国，主要以山西、内蒙为主要采区，新疆的煤炭储备量位居全球前列，由于技术问题，没能开采。所以煤矿技术的革新和完善对我国能源结构显得尤为重要。再者，虽然煤炭的黄金十年已经成为过去，并且也经过了低迷，这对于煤矿人既是挑战，也是机遇，身处煤矿发展的转折期，面临的主要问题就是技术的革新与完善，建设节约、绿色、高效的新煤矿是新时期的需求。

1 掘进机简介和发展现状

矿用掘进机主要是用于开凿平直地下巷道的矿用设备。主要由工作机构、行走机构、装运机构和转载机构构成。行走机构带着整个掘进机往前行进，工作机构上的刀头不断地切割煤炭和岩石，切下来的岩石将被运出掘进工作面。我国的煤矿掘进主要是悬臂式掘进机（如图1）和锚杆钻机配套作业（煤巷综合机械化掘进）。我国巷道掘进还会根据井下地质构造、地形结合钻爆法进行掘进。掘进机的优势是高效，不会过度破坏岩石结构，有效保护巷道结构的稳定性。缺点是结构复杂，能耗高。瑕不掩瑜，即便是未来的煤矿生产，煤矿掘进机也必将扮演不可替代的重要作用。

图1 悬臂式掘进机外观图

2 人员保护装置的原理介绍

装置主要由人体热量感应器、红外感应器、可编逻辑控制器（PLC）和警报装置组成（红绿黄指示灯和语音提示喇叭），当人员由于不注意安全操作和人为的违规操作时，进入危险区域，会引起机头上方的几个感应器的异常反应，反馈给编程好的逻辑控制器，从而给出语音和红灯警示，并反馈给掘进机电源控制回路，停止机械运转，从而保障人员不会被机器伤害。系统原理如图2，感应器安装位置如图3。

图2 人员保护系统原理图

3 人员保护系统工作状态介绍

（1）在正常工作状态下，保护系统的所有开关都处于闭合状态，一切照常运转。当掘进操作人员进入感应器设置的危险区域内时，只要一个感应器感应到了，所对应的开关马上呈现断开状态从而导致控制器收到信号反馈到警示装置（语音提示和红灯闪烁），语音提示危险状态。还将反馈给掘进机工作电源控制回路，电机停止工作，从而起到保护作用。

图3 感应器设置的建议安装位置简图

（2）在操作人员听到看到警示信号，意识到处于违规操作时，及时离开操作危险区域时，逻辑控制器会控制警示装置呈现黄灯闪烁，语音提示离开危险区域，即将进入正常状态。此过程是非安全和安全状态的过渡期，时间由控制器提前根据需要设定。这个阶段主要是给人员一个接受缓冲期。

（3）当人员回到安全工作状态下，控制器将反馈给警示装置安全信号，警示灯显示绿灯，语音提示可进行正常生产。控制器还将信号反馈给掘进机的电源控制回路，电机正常运转，掘进机恢复正常工作状态，正常生产。

（4）可编程逻辑控制器（PLC）接线方式和原理以及几个技术要点（注意点）。

1）可编程逻辑控制器（PLC）暂时采用FX2N-16MT型号的控制器。如图4中1＃～4＃代表红外感应器，5＃代表人体热量感应器，原理就如上文所述，实现多层次保护，有效保障人员安全。

2）人员保护装置的几个技术要点（注意点）和建议。

①由于保护装置的不可容错性，可编程逻辑控制器的IO接口应采用光电隔离处理，防止其它光电设备对他的干扰从而导致的掘进机异常停止，影响掘进进程。

②红外传感器的感应距离和人体热量感应器的感应距离应根据实际要求设定不同的值，从而形成多层次的保护。

③单独配置该装置的电源，以保证独立于其他系统，实现系统的稳定性。建议双电源控制，一个工作，另一个备用。

④由于该装置的应用环境特殊，应用于井下，环境潮湿，且在可燃气体环境下，必须符合本安型要求，采用隔爆开关等，做好设备的防水防潮处理，防止由于受潮导致的系统反应迟钝、失效等问题，或者是短路导致的反应过于灵敏，导致该系统影响掘进机工作系统的正常工作。

⑤原则上来说，该系统只是掘进机系统的辅助部件，它的存在不得破坏掘进机的正常生产。

⑥该系统最大的难点在于克服干扰的能力，由于是多层次控制，一个环节的问题都会使整个系统出现问题。所以对于传感器的选择就尤为重要。需要在实验和实际生产状态下调试到最优状态。

图4 可编程逻辑控制器（PLC）接线图

4 总结

由于煤矿生产趋势的要求，安全绿色生产已经成为一种必须要求，为了人员和设备安全，安全方面的技术要求愈加严格，本文针对综合掘进工作面的人员安全提出的人员安全系统，本着合理、科学、经济和最重要的安全的理念，将自动控制原理应用到生产中，有效保证了掘进机操作人员的安全，并且该系统的体积小，成本较低，效果好，大大提高了生产的安全系数，符合煤矿发展理念，必定能更好地服务煤矿正常生产。