淺談新型采煤機系統建立

【摘要】煤炭綜采成套裝備是實現煤炭安全、高效、高回收率開采的重要保障和先決條件。目前，我國已能提供中低端系列煤炭綜采成套裝備，但高端煤炭綜采成套裝備與國外發(fā)達國家相比尚存在較大差距，主要原因是其核心裝備智能控制系統以及裝備智能化所需關鍵零部件的發(fā)展緩慢。因此，大力發(fā)展煤炭綜采智能控制系統及裝備是煤炭綜采智能化發(fā)展的需要，也是國家煤炭行業(yè)發(fā)展的需要。

【關鍵詞】自動化；神經模糊推理系統

針對采煤機自動控制中的多源信號識別、煤巖分界、采煤機定位及數字化絕對坐標系建立等難題，以采煤機連續(xù)可靠高效運行為前提，提出一種多元信息融合的采煤機姿態(tài)自動控制方法。該方法基于自適應神經模糊推理系統（ANFIS）建立一種采煤機截割振動預測模型，并依據該模型給出一種煤巖識別的反演推理方法，以解決采煤機姿態(tài)自動控制中的煤巖界面識別難題，并利用慣性導航與定位技術建立采煤機的動態(tài)行走模型和工作面數字化坐標系，利用截割軌跡、運行條件、最大采煤率等多元信息形成一種采煤機截割路徑優(yōu)化策略，完成多信息融合下的采煤機姿態(tài)自動控制，為采煤機的自動化控制以及整個工作面自動化的實現提供新的方法和理論，下面我就針對新型采煤機談談幾點認識：

一、系統建立

1、新型采煤機截割振動、噪音識別系統的建立

由于煤巖強度、硬度、彈性、脆性、堅固性等物理特性的差異，造成采煤機截割阻抗不同，進而誘導其在截割過程中產生不同的振動、噪音信號。為識別該信號，采用獨立分量分析方法將滾筒截割部件的振動信號、噪音信號與其他噪音信號分離，提取采煤機截割部產生的噪音和振動信號，并根據噪音與振動特性變化規(guī)律，建立當前煤巖特性下的截割振動特性閾值，為采煤機姿態(tài)自動控制中的煤巖界面識別提供依據。

2、基于自適應神經模糊推理系統（ANFIS）的采煤機截割振動預測模型的建立

鑒于影響采煤機滾筒振動的因素非常多，采煤機工作參數如截齒特性、滾筒轉速、截割深度、牽引速度、采煤機傾角，截割對象硬度（截割阻力）等與滾筒截割振動特性之間存在復雜的非線性關系，構建一個有多輸入單輸出的基于ANFIS系統的采煤機截割振動預測模型。首先，在實驗室尺度下的，完成采煤機模型的截割振動特性分析，建立一種簡易的實驗模型，然后選用實際數據樣本進行模型優(yōu)化與訓練。通過對樣本參數分析，建立邏輯傳感器系統，通過系統自身的訓練和學習過程，在已建立的模糊規(guī)則基礎上不斷自動調整變量隸屬度函數圖形參數，使之適應模糊推理系統輸入、輸出關系的最佳組合，實現采煤機滾筒振動特性的準確預測。采煤機滾筒截割振動預測模型建立完成后，其輸入量除了截割材料煤/巖特性外，其余量均來源于實測物理量，通過比較預測振動特性值與實際振動特性值可以判斷該工作狀態(tài)是否截割到巖石，其誤差閾值需要根據滾筒截割巖石測的振動特征值確定。

3、基于圖像識別技術的截割軌跡煤巖分界系統的建立

因煤巖材質不同，其顏色、光澤、紋理、斷口形狀等具有明顯差異，通過圖像邊緣識別技術，提取采煤機截割后的截割軌跡特征，確定其在當前坐標位置的煤巖分界線，將多點采樣的分界線使用插值算法獲得當前整個工作面的截割軌跡，為采煤機截割路徑優(yōu)化提供依據。

4、以采煤機特征點為標識的工作面數字化坐標系的建立

采煤機在工作面的準確定位是實現采煤機自動控制的前提。以采煤機工作的起始位置為坐標系原點o；重力加速度反方向為y軸正方向，重力加速度方向為y軸負方向；平行于刮板運輸機且與y軸垂直方向為x軸，面朝煤壁，向右為x軸正方向，向左為x軸負方向；垂直于xy平面且指向煤壁方向為z軸正方向，相反為z軸負方向。采用特征點取值的方式作為采煤機的定位點，此特征點的三維坐標來唯一確定采煤機的位置，在該位置處安裝加速度傳感器和陀螺儀，實時采集采煤機運動狀態(tài)和傾角情況。通過對加速度計的積分實時計算采煤機的位移，并通過其陀螺儀的信號輸出計算出采煤機的角度便宜，對于z向移動采用步序計數和截割深度進行計算。在采用積分計算時，因傳感器誤差信號誤差會引入累積誤差，通過在刮板輸送機上設置矯正位置點，對傳感器造成的累積誤差進行校準。

5、基于多元信息的采煤機截割路徑優(yōu)化策略的確定

考慮實際地質結構的復雜性和局部不連續(xù)性及產品質量（含矸量）的要求，以最大采出率為優(yōu)化目標，實現截割軌跡的優(yōu)化。對采煤機運動軌跡進行數字化描述，與擬合的煤巖分界線進行對比，考慮煤層厚度與截割深度的關系和頂板高度、臥底深度的最大曲率半徑限制，建立采煤機采高的調節(jié)曲線軌跡，以最大采率為目標建立采用最小二乘法優(yōu)化得調高曲線。因煤層的褶皺、凹凸會造成該曲線局部較大曲率，導致采煤機搖臂的運動方向存在突變點，形成“龍格現象”使系統不穩(wěn)定，造成采煤機搖臂的運動加速度變化過于劇烈，將優(yōu)化后的調高曲線通過樣條插值法進行平滑，避免“龍格現象”的出現，保證搖臂在各關鍵點處的速度和加速度均為零，從而提高了采煤機運行的穩(wěn)定性。

二、結論

煤礦綜合自動化是指利用先進的網絡技術、自動控制技術、通信技術、計算機技術、視頻技術，將煤炭生產全過程建成一個以工業(yè)以太環(huán)網+現場總線為網絡平臺的礦井綜合自動化系統，實現信息、數據的連通與共享，將功能集成為不同的應用系統聯系起來協調有序運行，從而避免信息孤島的出現，使得信息資源和設備資源得以充分發(fā)揮，提高礦井安全生產管理水平，實現礦井高效運行。

參考文獻

[1]李炳文，王啟廣.《礦山機械》.中國礦業(yè)大學出版社，2007.1

[2]高存寶，谷德忠.《采掘工作面安全生產支持系統》.中國礦業(yè)大學出版社，2007.5