EQS2530全断面掘进机的导向系统研究

EQS2530全断面掘进机的导向系统研究

马建安

安徽淮河能源集团煤业公司张集煤矿地质测量科

摘要：在我矿北一1煤采区瓦斯区划巷投入EQS2530全断面掘进机，经过我科测量人员，对盾构机导向系统的研究，进一步分析其导向系统，包括系统结构及功能、硬件、软件，其中硬件主要以姿态仪为例，软件包括测量数据设置、用户权限和数据库备份三项内容。

关键词：导向系统；姿态仪；软件

引言：盾构机自动化导向系统的融入，可以为掘进机的现场作业，予以直观实时的测量数据。通过实践验证，确认其具备可用性。此外，系统内包括诸多快捷型的操作功能。测量设备可以实现无线信号传输，摒弃传统有线传输电缆线路缠绕及设备笨重问题。上岗培训简单，可以在短时间内完成。

1全断面掘进机的产品特征

首先，整体的结构紧凑。采用双护盾框架，利用模块化拼装处理，可以满足井下安装需要，开挖直径仅有 ，是当前径长最小的掘进机，能适应常规换刀及检修，适宜远程作业。其次，高可靠性及智能化,更注重使用性能的可靠性，所有构成要件都来源于国家大品牌产品。整机有刀盘、导航模块、电气系统等，可以实现人机协同作战，集成化程度极高。其中，电气系统本身拥有对欠压、过流等故障的自我保护能力，有效增强机器的安全稳定性。同时，针对故障识别及排除等均有处理功能。再次，作业效率高。通常情况能切割硬度超过 的岩层，极限最值能达到 。每月正常可以进尺 左右，相较于传统的掘进机，工作效率偏高。最后，脱困能力高。整机前盾和撑紧盾、锚杆台车上，仅配有对应的撑靴，利用多种推进形式，以满足不同的作业地形需求。

2全断面掘进机的导向系统分析

2.1系统结构

经过对改盾构机导向系统研究，包括迎头测量站与控制室两个区域，后台控制室凭借一台计算机即可掌握迎头测量设备的工况。控制室包括计算机、电源以及倾斜仪等设备，并配备一套软件。

2.2系统功能

其一，用户管理单元，通过管理结构，增强对导向系统本身在操控整机方面的能力。其二，系统及工程设置部分，借此用户可实现设置初始化的参数，并灵活调整项目数据的内容，比如：项目名称、管片等。其三，DTA运算和纠偏模块。此模块可以实现准确计算隧道内中线位置，同时将得到的数据储存到信息库内。而后直接操控盾构机开始实地工作，此外，还能针对现实掘进方向和既定数据的差值，在偏差过大时，会进行修正处理。其四，动态检测姿态。此项功能是利用不间断的信息采集，掌握激光靶坐标以及倾斜角度与滚动角度，进而确定目前机械的实际姿态，具体数据包括俯仰、趋势等信息，并利用数据与图形的模式呈现。其五，描绘机械运动轨迹，用户可直接实施查询操作，以掌握管片的实际点位。其六，测量管片。此项功能周期性的特征，仅测量管片的中点，对应环号可人工录入，并明确对应点的轴线坐标。其七，远程监控，将通讯线路和控制室连接，控制室内可实时收到 数据。其八，查询功能，在对应位置录入管片号，便能得到当前的掘进状态，由此形成偏差曲线图，并能借此掌握掘进趋势及方向偏差情况。

2.3系统硬件

以姿态仪为例，其采取矿用的隔爆型，设备自身总量仅为 ，防护等级达到 。电源的输入电压是 ，启动后，实际的工作电流不超过 。其的灰度等级达到七级，画面分辨率最低值是 。该设备的测角范畴和基础误差为：在XZ面上，X轴是正向角度，可测量的视角范畴在 之间，且实际误差值不会大于 浮动范畴；在YZ面上，此时Y轴为正向角度，视角范畴及误差值与XZ面相同。此外，以太网的千兆电口，仅设置一个借口，通过全双工 信号实现传输，数据传输效率达到 ，信号的电压峰值能达到 范围内。通讯接口依旧只设置一个，输送速度达到 ，信号电压值相对偏高，可以达到 。该设备对工作环境也有一定要求，具体包括：正常压强范畴；环境温度需在零度以上，且在 以下；工作区域周边的空气，相对湿度不能超过 ；含氧量的比值需满足 ；机械所处水平作业面和其安设的延长线夹角最大值为 ；不能出现连续性的水体；污染等级最高仅能达到三级。

在导向系统中激光靶和姿态仪功能基本相同，此处以激光靶为例，描述其具体功能。该设备可以接收激光束，能把控其在不同方向的射入点。同时，滚动角度及仰俯角度（如图1）均是借助其安设的倾斜仪获取。而偏航角度则通过激光本身的射入角度，可以得出。将此安装在设备上，需先进行实施定位，而此过程也使得整机和激光靶之间的轴线联系得以固定。

图 1 俯仰角示意图

2.4系统软件

其一，测量数据。在整机处于静止状态时，通过人工测量，掌握其的当前姿态，将此定义为初始信息。将测量观测数据信息录入到程序内前，整机需始终处于初始状态。整个操作过程为：人工录入实地查看信息后，技术员需把全站仪对准棱镜，而后选中激光靶的对话框，点击测量，确认检测成功后，完成页面的信息更新，便能得出所需的数据信息。在零位部分处理结束后，直接在操作界面上，选中操作“应用”，便能将零位信息存入系统信息库内。在计算机页面上弹出操作成功的对话框，说明完成此项设置任务。

其二，系统用户权限。一方面，密码设置。为避免系统有非技术员进入，随意更改信息，在登录页面添加密码输入功能。在操作计算机上，下载安装软件程序，所有用户的初始密钥均是“123”，需要自行更改。密码设置过程为：点击系统内的参数设置，在弹出的对话框内选中“权限”，在对应的子功能中的“管理权限”，能调整账户及密码。另一方面，系统设置权限。具体包括两个级别，即管理员的操作权限覆盖整个系统；操作员无法设置系统，同时也不可改变 。若要更改账户对应的权限，直接设置对应的用户角色密码便可，最终点击“应用”，完成设置^[2]。

其三，备份数据库。为避免数据库内的信息丢失、不完整，系统遭到意外破坏，软件程序无法继续应用，对此应当每隔一段时间，将数据库的所有文件进行备份处理，考虑到此导向系统的实际用途，间隔时间应保持在一周左右，继而有效控制因为信息损坏，导致整个工程项目暂停运行。在实施备份处理期间，相关人需先通过密码验证后，进入“参数设置”页面，直接点击备份保存即可。

总之，全断面掘进机的导向系统，进一步加深了整机操控的集成化程度。借助实时监控，可以掌握掘进状况。实现全面了解设备推进情况，并及时纠正偏离角度偏大的工作姿态，有效提高地下作业的准确度，提高掘进工作环境的安全性。