大采高智能采煤機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

李劍敏

摘 要：為了實(shí)現(xiàn)礦山開(kāi)采智能化，本文以斜溝礦18505工作面所采用的MG1100/2860-WD智能型電牽引采煤機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)采煤機(jī)的自動(dòng)控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)運(yùn)用采煤機(jī)滾筒的煤巖識(shí)別技術(shù)及現(xiàn)代化的截割技術(shù)對(duì)采煤機(jī)的智能化進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)了自主控制，手動(dòng)操控的工作形式，為煤礦實(shí)現(xiàn)智能化做出一定的貢獻(xiàn)及參考。

關(guān)鍵詞：大采高;綜采工作面;采煤機(jī);煤巖識(shí)別技術(shù);智能

1 前言

采煤機(jī)作為現(xiàn)代礦井綜采工作面的主要開(kāi)采設(shè)備，其自動(dòng)化與智能化開(kāi)采是礦井高產(chǎn)、高效的有力保證。通過(guò)采煤機(jī)記憶割煤、支架自動(dòng)跟機(jī)拉架推溜、工作面的視頻監(jiān)控等，形成了以自動(dòng)化割煤為主、人工干預(yù)為輔的自動(dòng)化綜采工作面。斜溝礦為實(shí)現(xiàn)18505綜采觀眾們的遠(yuǎn)程自動(dòng)化操控，對(duì)MG1100/2860-WD電牽引采煤機(jī)進(jìn)行智能化改造，實(shí)際運(yùn)行時(shí)采煤機(jī)可根據(jù)工作面煤層的覆存條件和開(kāi)采環(huán)境實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。在采煤機(jī)智能開(kāi)采的技術(shù)中，狀態(tài)感知及智能控制是其核心的技術(shù)。此前眾多學(xué)者對(duì)采煤機(jī)的智能化開(kāi)采做出過(guò)一定的研究。何廣東[1]基于PLC控制系統(tǒng)對(duì)采煤機(jī)的智能化割煤技術(shù)進(jìn)行分析研究，為采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化遠(yuǎn)程操控做出一定的貢獻(xiàn)。本文在采煤機(jī)智能化的需求基礎(chǔ)上，對(duì)采煤機(jī)的智能化控制、智能化截割及智能化感知進(jìn)行了深層次的研究，實(shí)現(xiàn)了煤礦綜采工作面的無(wú)人化。

2 采煤機(jī)智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

斜溝礦結(jié)合工作面實(shí)際情況和MG1100/2860-WD型電牽引采煤機(jī)的實(shí)際運(yùn)行工況需求，將采煤機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)分為如下的幾個(gè)單元，分別為主控單元、自動(dòng)控制單元、執(zhí)行單元、采集單元及手控單元。監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

傳感器作為采煤機(jī)的主要監(jiān)測(cè)設(shè)備主要在體現(xiàn)在機(jī)械傳動(dòng)、采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及環(huán)境等方面，對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)采煤機(jī)主板的匯總，為采煤機(jī)主板對(duì)采煤機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行及時(shí)有效的監(jiān)測(cè)。采煤機(jī)的主板一般包括的技術(shù)參數(shù)有采煤機(jī)的開(kāi)關(guān)信號(hào)、頻率信號(hào)、擬量輸入信號(hào)及繼電器信號(hào)燈。根據(jù)其工作參數(shù)將其分為了電氣控制板、液壓水路控制板、機(jī)械傳動(dòng)控制板及姿態(tài)監(jiān)控控制板。

電氣主控板的主要參數(shù)有電壓等級(jí)、輸出電流、電壓變送器等。在采煤機(jī)的牽引電機(jī)部位安裝兩個(gè)電流傳感器，電流傳感器量程為0～500A;同時(shí)在滾筒兩側(cè)的滾筒及牽引電機(jī)上安裝2個(gè)C型溫度傳感器，量程小于200℃。通過(guò)電機(jī)的扭矩來(lái)判斷滾筒的負(fù)載情況。

液壓水路主控板主要由液壓油箱液位傳感器、壓力傳感器及溫度傳感器。通過(guò)壓力傳感器記錄進(jìn)出口的壓力，當(dāng)進(jìn)出口出現(xiàn)壓力過(guò)大的情況時(shí)，考慮進(jìn)出口堵塞，當(dāng)進(jìn)出口壓力較低時(shí)，考慮出現(xiàn)漏液及泄露問(wèn)題。在冷卻水進(jìn)出口的位置布置溫度傳感器，溫度傳感器的型號(hào)選擇為 WS9050，用于監(jiān)控冷卻口的溫度。在滾筒的油缸兩側(cè)分別安裝J120-192壓力傳感器，數(shù)字采集量口5個(gè)，模擬采集量為18個(gè)，線路接口1個(gè)。

傳動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)在油箱的內(nèi)部安裝軸承溫度傳感器，以此來(lái)反應(yīng)油箱內(nèi)部的溫度，型號(hào)為WS9050，供電電壓設(shè)定為DC24V。同時(shí)在機(jī)組的箱體內(nèi)部安裝瓦斯?jié)舛葌鞲衅?，瓦斯?jié)舛葌鞲衅鞯男吞?hào)為DJ4G，額定的供電電壓為660/380/36V，瓦斯?jié)舛葌鞲衅骶邆洚惓Ｐ畔⒌妮敵鲂阅埽赃_(dá)到報(bào)警的作用。同時(shí)布置2路電源，均為18V，同時(shí)紙杯上聯(lián)及下聯(lián)接口各一個(gè)。

姿態(tài)監(jiān)控板主要的包括了滾筒的高度及采煤機(jī)工作的傾角。在滾筒的搖臂位置布置位置監(jiān)控板，位置監(jiān)控板可以根據(jù)左右搖臂的角度來(lái)計(jì)算采煤機(jī)的滾筒工作高度。采煤機(jī)的傾角計(jì)算主要依靠雙軸的傾斜角度及電子的傾角。在采煤機(jī)滾筒的齒輪部位安裝旋轉(zhuǎn)編碼器，系統(tǒng)還具有采集器6個(gè)及上下聯(lián)接口各一個(gè)。

采煤機(jī)的智能化運(yùn)行控制主要依靠運(yùn)行控制器及主控板完成，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)電動(dòng)機(jī)的斷電、送電等指令。同時(shí)可以控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止、滾筒的截割高度、牽引力換向等命令。智能控制系統(tǒng)不需要邏輯語(yǔ)言運(yùn)算，依靠于工作人員的手動(dòng)操作命令。采煤機(jī)手柄控制單元用于收集人工的命令并將其傳輸至采煤機(jī)控制板，以達(dá)到工作的合理有序。采煤機(jī)的智能化算法是采煤機(jī)自動(dòng)割煤的重要依據(jù)，其核心為中央控制器。中央控制板通過(guò)對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理利用煤巖識(shí)別技術(shù)或采煤機(jī)記憶割煤進(jìn)行命令處理，并將命令發(fā)于采煤機(jī)的運(yùn)行控制板，采煤機(jī)開(kāi)始運(yùn)行。采煤機(jī)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

3 采煤機(jī)智能系統(tǒng)識(shí)別技術(shù)

采煤機(jī)智能識(shí)別技術(shù)主要是煤巖識(shí)別技術(shù)，在煤巖的接觸面上設(shè)置2個(gè)傳感器，傳感器分別記錄滾筒的油缸壓力及電機(jī)的電流。采煤機(jī)在進(jìn)行截割的過(guò)程中由于滾筒油缸壓力及電機(jī)電流作用產(chǎn)生一定的波動(dòng)，由于煤層與巖層的硬度不同采煤機(jī)的波動(dòng)幅度也是不同的，當(dāng)采煤機(jī)進(jìn)行割煤時(shí)由于煤層的硬度較低，采煤機(jī)的波動(dòng)幅度較低，當(dāng)采煤機(jī)進(jìn)行割煤時(shí)，由于巖層的硬度較大，電動(dòng)機(jī)的電流及滾筒的油缸壓力均升高，所以采煤機(jī)的振動(dòng)幅度也就較大。這樣就可實(shí)現(xiàn)煤巖識(shí)別。

采煤機(jī)在工作狀態(tài)下，采煤機(jī)的滾筒轉(zhuǎn)速、牽引電機(jī)的電流、滾筒的油缸壓力等均處于穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)的采煤機(jī)在工作時(shí)呈現(xiàn)出滾筒從上向下的形式，并有水平方向的橫移運(yùn)動(dòng)。同時(shí)滾筒上方的油缸壓力會(huì)在滾筒升至一定高度時(shí)出現(xiàn)一定的預(yù)設(shè)值，避免出現(xiàn)滾筒截齒截割巖層的現(xiàn)象。

當(dāng)智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)得出滾筒電機(jī)的載荷電流增大，滾筒的油缸壓力也呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)，此時(shí)滾筒接觸到了巖層，此時(shí)在滾筒的轉(zhuǎn)速一定的前提下，對(duì)油缸的上腔部位進(jìn)行注油，此時(shí)采煤機(jī)的滾筒在共同作用下會(huì)出現(xiàn)降低的情況，避免繼續(xù)出現(xiàn)割巖的現(xiàn)象。當(dāng)采煤機(jī)的滾筒在接觸到巖層后出現(xiàn)降低后，此時(shí)隨著降低的幅度逐步增大，采煤機(jī)滾筒油缸內(nèi)部的油液恢復(fù)到正常的壓力，此時(shí)采煤機(jī)的滾筒停止降低，開(kāi)始正常割煤。當(dāng)頂板的巖層截割角度大于綜采面頂板的極限傾角時(shí)，此時(shí)采煤機(jī)的控制系統(tǒng)會(huì)發(fā)出異常信號(hào)，此時(shí)采煤機(jī)根據(jù)指令會(huì)降低牽引速度和采煤機(jī)的滾筒轉(zhuǎn)速，保證采煤機(jī)的正常運(yùn)行。在通過(guò)滾筒控制算法對(duì)其進(jìn)行一定控制的前提下還需根據(jù)電動(dòng)機(jī)的電流、采煤機(jī)的滾筒轉(zhuǎn)速、采煤機(jī)運(yùn)行速度等進(jìn)行控制。在控制算法及綜采面走向要求的共同作用下，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的智能化運(yùn)行目標(biāo)。

4 結(jié)論

由于工作面地質(zhì)條件及煤層覆存厚度不同等原因，煤礦的開(kāi)采效率也截然不同。智能化割煤在實(shí)際生產(chǎn)中不僅截割效率高，同時(shí)可以有效的減少礦山工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提升礦山的安全性?，F(xiàn)階段的煤巖識(shí)別技術(shù)可以有效的識(shí)別煤層與巖層且準(zhǔn)確率超過(guò)85%，所以采煤機(jī)的智能控制已經(jīng)成為未來(lái)智慧礦山建設(shè)的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]何廣東.基于PLC控制的采煤機(jī)自動(dòng)割煤技術(shù)研究與應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2015（S2）：100-103.