УДК 622.232.8.72 (Астана, ЕНУ им )
(Караганда, КарГТУ)
(Караганда, КарГТУ)
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ГОРНОШАХТНОЙ РОБОТИЗАЦИИ
Одним из приоритетных направлений принятой правительством РК концепции развития горной отрасли Казахстана на период до 2020 г. является роботизация и автоматизация производственных процессов, экологическая безопасность и меры по снижению отрицательного воздействия окружающей среды. Разработка угольных пластов подземным способом отрицательно сказывается на состоянии земельных ресурсов и наносит как экономический, так и экологический и социальный ущерб. Внедрение безотходной технологии выемки угольных пластов требует создания научных основ горношахтной роботизации, а также подготовку инженерно-конструкторских разработок элементов, устройств, систем управления шахтными роботами.
ЕНУ им. и КарГТУ с УД АО «АрселорМиттал Темиртау» и ТОО «Кармашзавод» ведет разработку индустриально - инновационного проекта «Очистной роботизированный комплекс с адаптивно-программным управлением (ОРКАПУ). Разработано ТЗ на создание и освоение комплекса.
Наибольшее развитие работы по горной робототехнике и программного управления технологическими процессами получили в Великобритании, Японии, США, Германии, Чехии. Например, с 1995 г. в США начато широкое применение роботов-манипуляторов для бурения шпуров (фирма «Фанук»), установки бетонной тюбинговой крепи в тоннелях (фирма «Дайники»). Роботизация горных работ в Великобритании ведется в рамках государственной программы.
Система управления лавной крепью на шахте «Эллалонт» (Австралия) обеспечивает дистанционное управление процессами разгрузки, передвижки и распора секций крепи, передвижки конвейера. Данная система основана на использовании слаботочной электронной аппаратуры в искробезопасном исполнении. Такое управление оператором осуществляется дистанционно в пределах 25 секций.
На шахте «Распадская» ПО «Южкузбассуголь» испытывалась аппаратура дистанционного и автоматизированного управления крепью в составе комплекса КМ138, аппаратура беспроводного дистанционного управления комбайном и аппаратура регулирования по гипсометрии пласта с датчиком «порода – уголь» типа «Квант-III».
В автоматизированных комплексах KM-137A, КАМ и КМС (для пластов от 0,8 до 1,5 м), KM138A (от 1,2 до 2,5 м), агрегатах АФК (для пластов от 0,65 до 0,9 м) и Ф-1 использовалась аппаратура автоматизации из нескольких самостоятельных или связанных информационных систем, позволяющих реализовать автоматический, дистанционный и автоматизированный режимы управления передвижки секций крепи.
Автоматизированные фронтальные комбайны (АФК) типа РКУ, КА, КАС были оснащены подсистемами слежения границы «уголь-порода», имели беспроводное радио или инфракрасное управление.
Институтом «Донавтоматгормаш» совместно с горнопромышленным объединением «ЭМАГ» (Польша) были созданы средства автоматизации добычного оборудования: гидравлические и электрогидравлические исполнительные устройства для автоматизации забойного оборудования; специализированная микроЭВМ для очистных и проходческих комбайнов; лазерный задатчик направления ведения горных работ и система управления забойным оборудованием.
Вопросами шахтной робототехники занимались Институты угля СО АН России, ИГД им. (роботизированные технологии безлюдной выемки весьма тонких крутых пластов), ДГИ им. Артема (специализированный робот для вспомогательных работ при комбайновой проходке), Институт геотехнической механики АН Украины, Новочеркасский политехнический университет (бурильные манипуляционные роботы), Институт геологических наук АН Украины (роботизированные технологии добычи руд).
Несмотря на значительное развитие и широкое применение автоматизированных агрегатов, комплексов, существующие системы не обладают способностью производить избирательную выемку, необходимую в условиях разработки пластов со сложной гипсометрией, пластов с наличием породных прослоев и твердых включений, а также геологических нарушений, что характерно для месторождений Карагандинского угольного бассейна.
В настоящее время в большинстве случаев управление агрегатами, комплексами осуществляет человек - оператор, при этом от человека требуется непрерывное наблюдение за технологическим процессом и оперативное управление процессом работы.
Такое положение определяется неспособностью агрегатов, комплексов автоматически корректировать или изменять программу действий, принимать решения в случаях изменения технологической ситуации (изменение твердости породы, появление зоны пустой породы) принимать самостоятельные решения.
В существующих системах необходима организация и постоянная поддержка канала связи агрегата с человеком - оператором.
Попытки устранения названных недостатков предприняты в проекте по созданию роботизированных комплексов для добычи угля без постоянного присутствия людей в очистном забое ОРКАПУ, в котором используется микропроцессорная система управления с автоматическим и дистанционным управлением выемочной машиной, мехкрепью и лавным конвейером. Цель проекта: разработка и создание опытного образца робототехнологического комплекса на базе очистного комплекса «Глинник» (Польша), в котором используется горно-выемочный манипулятор ВМФ-4НА.
Система управления комплексом включает локальные системы управления выемочным манипулятором и мехкрепью, устройства передачи и приема информации, управляющее устройство.
Микропроцессорная система управления роботизированным комплексом для селективной выемки выполнена на основе центрального процессора КР580ИК80А, модуль схем сопряжения реализован на микросхемах 132 серии, программируемое постоянное запоминающее устройство на БИС КТ556РТ5.
Система магистраль позволяет подключать устройства сопряжения для автоматического управления комплексом. Набор таких устройств и соответствующая различным схемам обработки забоя программа управления служат для проведения работы комплекса в различных режимах выемки угля с учетом гипсометрии пласта.
Основные функции системы управления включают:
- автоматическое и дистанцонное управление по заданной программе выемочным манипулятором, мехкрепью, реверсивным конвейером на штреке, лавным конвейером, закладочным комплексом;
- автоматическое регулирование нагрузки при различных диаметрах резцовых коронок ВМФ;
- изменение программы работы комплекса в зависимости от горно-геологических условий и обеспечение необходимых защит и блокировок.
Литература:
1. Научные основы решения и обоснования показателей надежности горного робототехнологического комплекса. – Астана: ЕНУ им. , 2014.-267 с. (на 3-х яз.: каз., рус., англ.)
2. , . Основы создания роботизированных комплексов для селективной выемки локальных и забалансовых участков угольных пластов. – Астана: ЕНУ им. , 2013.-256 с. (на 3-х языках: каз., рус., англ.)
3. , , Технологические схемы отработки локальных участков пластов короткими очистными забоями без проведения нарезных выработок. – Караганда: КарГТУ, 2012.-262 с.
5. , . Горные и строительные роботехнологические комплексы: Учебник. – Караганда: КарГТУ, 2014.-298 с.
