采煤機(jī)自動(dòng)調(diào)高控制及相關(guān)技術(shù)*

折力兵

(西山煤電集團(tuán)公司東曲煤礦,山西太原 030200)

采煤機(jī)自動(dòng)調(diào)高控制及相關(guān)技術(shù)*

折力兵

(西山煤電集團(tuán)公司東曲煤礦,山西太原 030200)

隨著煤礦產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的自動(dòng)化控制技術(shù)是提高煤礦企業(yè)生產(chǎn)效率的關(guān)鍵,我國在這方面投入了大量的精力,當(dāng)前我國已經(jīng)在采煤機(jī)的自動(dòng)調(diào)高技術(shù)上有了一定的成果。主要介紹了我國當(dāng)前對(duì)采煤機(jī)自動(dòng)調(diào)高技術(shù)的研究和相關(guān)成果,并分析了這一技術(shù)的應(yīng)用前景。

采煤機(jī);自動(dòng)調(diào)高控制;技術(shù);應(yīng)用

0 引 言

采煤機(jī)是煤礦綜合采掘中的關(guān)鍵設(shè)備之一,對(duì)于采煤的質(zhì)量和效率都有極大的影響作用,同時(shí)也是確保煤礦生產(chǎn)安全的重要環(huán)節(jié)。在采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)功能中,調(diào)高技術(shù)又對(duì)采煤機(jī)的整體功能起到了重要的影響。我國當(dāng)前最常用的采煤調(diào)高技術(shù)是滾筒調(diào)高技術(shù)。為了提高采煤工作的效率,我國當(dāng)前正致力于對(duì)采煤機(jī)的調(diào)高技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)化處理,當(dāng)前已經(jīng)取得了一定的成果。本文主要對(duì)采煤機(jī)的自動(dòng)調(diào)高技術(shù)進(jìn)行了分析,并總結(jié)了其中的技術(shù)要點(diǎn)。

1 采煤機(jī)自動(dòng)調(diào)高控制研究現(xiàn)狀

我國在采煤機(jī)的自動(dòng)調(diào)高控制研究上的起步較晚,因此在研究成果上與發(fā)達(dá)國家仍有較大的差距。我國在采煤機(jī)的自動(dòng)調(diào)高控制技術(shù)上主要著重于對(duì)滾筒自動(dòng)調(diào)高技術(shù)的研究。不同的專家學(xué)者分別從油缸的滾筒切割狀態(tài)、液壓系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置、滾筒調(diào)高的電液服務(wù)系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、非線性控制機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)等方面進(jìn)行了研究[1]。

盡管我國對(duì)采煤機(jī)的自動(dòng)調(diào)高技術(shù)進(jìn)行了廣泛的研究,在但研究上還存在一些問題。例如,在對(duì)采煤機(jī)的調(diào)高負(fù)載研究上,缺乏一定的實(shí)踐數(shù)據(jù)支持,僅僅停留在理論研究上,對(duì)實(shí)際應(yīng)用的考慮較少。對(duì)采煤機(jī)滾筒自動(dòng)調(diào)高技術(shù)的研究還不夠深入,沒有進(jìn)行充分的試驗(yàn)室實(shí)驗(yàn),導(dǎo)致采煤機(jī)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值沒有得到明顯的提高。

2 采煤機(jī)自動(dòng)調(diào)高控制及其關(guān)鍵技術(shù)

2.1 采煤機(jī)調(diào)高機(jī)構(gòu)及其控制

采煤機(jī)中最重要的組成部分為滾筒調(diào)高機(jī)構(gòu)。滾筒調(diào)高結(jié)構(gòu)在采煤機(jī)的運(yùn)行過程中起到了調(diào)節(jié)采煤機(jī)高度的作用,從而確保采煤機(jī)能夠?qū)Σ煌叨鹊拿簩佣歼M(jìn)行開采,提高煤礦開采的效率。而采煤機(jī)的自動(dòng)控制技術(shù)則指對(duì)采煤機(jī)的調(diào)高系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)先的設(shè)置,使得采煤機(jī)能夠在采煤現(xiàn)場進(jìn)行規(guī)律的高度的調(diào)節(jié),再輔助一定的人工調(diào)節(jié),來完成整個(gè)高度調(diào)節(jié)工作。

采煤機(jī)中的滾筒通常為雙滾筒。在調(diào)節(jié)方式上,一般通過搖臂的調(diào)節(jié)、切割部分調(diào)節(jié)及機(jī)身的調(diào)節(jié)來完成高度的調(diào)節(jié)過程。這三種調(diào)節(jié)方式的共同之處在于都通過油缸活塞的伸縮來實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)高度的調(diào)節(jié)。不同點(diǎn)在于在三種調(diào)節(jié)方式中,活塞的按照位置和驅(qū)動(dòng)方式有所差異。當(dāng)前,世界上采用較為廣泛的是大功率的搖臂調(diào)高方式,從搖臂調(diào)高方式可以看到,在這一種調(diào)高方式中,油缸是架設(shè)在機(jī)身的側(cè)下方的,在另一端還有一個(gè)較小的搖臂起到輔助作用。這種調(diào)高方式具有調(diào)高范圍大,效果好的優(yōu)點(diǎn),并且還有水平調(diào)高和傾斜調(diào)高兩種方式可供選擇,因此在各種機(jī)型的煤礦機(jī)中都有廣泛的應(yīng)用。本文將搖臂式的調(diào)高方式作為主要的研究對(duì)象進(jìn)行了分析[2]。

2.2 采煤機(jī)螺旋滾筒截割負(fù)載力學(xué)特性研究

采煤機(jī)的工作對(duì)象是煤礦或煤礦與巖石混雜的物質(zhì)。采煤機(jī)起到了對(duì)煤礦及混合物的切割作用。采礦機(jī)的切割效果受到煤礦性質(zhì)的影響,因此要確保采煤的質(zhì)量必須對(duì)采煤機(jī)的功能、特性及煤礦的性質(zhì)入手進(jìn)行研究。在進(jìn)行實(shí)際的采煤前,應(yīng)當(dāng)對(duì)煤層的狀態(tài)進(jìn)行模擬,并在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行采煤現(xiàn)場的模擬,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)采煤機(jī)的參數(shù)設(shè)定進(jìn)行調(diào)整,確保在實(shí)際的采煤過程中,采煤機(jī)能夠充分適應(yīng)實(shí)際的環(huán)境情況,保證采煤工作的質(zhì)量和效率。

煤礦是由遠(yuǎn)古植物經(jīng)過長期復(fù)雜的變化而形成的。在不同時(shí)期形成的煤層在物理化學(xué)性質(zhì)上都會(huì)有很大的差異,因此在進(jìn)行切割時(shí)也必須采用不同的工藝。而同一個(gè)區(qū)域內(nèi)的煤層極有可能是由不同時(shí)期形成的煤層而組成的,從而形成了較為復(fù)雜的煤礦結(jié)構(gòu),給采煤工作帶了一定的難度。有些煤層中含有較多的碳,在剛度上較高,在采掘的過程中需要使用強(qiáng)度較高的采煤機(jī);而有些煤層中含有硬度較大的硫化物和硅化物等,在進(jìn)行切割時(shí)必須選擇承載力較大的滾筒來保證切割的質(zhì)量。在進(jìn)行采煤機(jī)的滾筒選擇時(shí)必須充分考慮到煤礦的性質(zhì),做出有針對(duì)性的選擇,否則不僅達(dá)不到采煤的質(zhì)量要求,還會(huì)對(duì)采煤機(jī)的滾筒造成嚴(yán)重的破壞[3]。

一般在進(jìn)行實(shí)際的采煤工作前,工作人員都會(huì)對(duì)采煤狀況進(jìn)行模擬。當(dāng)前常用的采煤模擬方式主要有三種。第一種是在實(shí)際的采掘面進(jìn)行小規(guī)模的試采。這種實(shí)驗(yàn)方式能夠掌握真實(shí)的信息,但在操作上較為復(fù)雜,并且容易對(duì)設(shè)備產(chǎn)生一定的磨損,在安全性上較差,不適用于大規(guī)模的采煤實(shí)驗(yàn)。第二種是在地面上制作煤巖介質(zhì),將采煤的過程移到地面上來進(jìn)行。這種實(shí)驗(yàn)方式在安全性上有了一定的提升,但介質(zhì)制作的過程較為復(fù)雜,并且制作出的煤巖介質(zhì)與實(shí)際的煤巖還是存在較大的差距,在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性上難以有所保障。第三種實(shí)驗(yàn)方法是根據(jù)一定的準(zhǔn)則來制作煤巖介質(zhì)的物理模型。這種實(shí)驗(yàn)方式能夠更為真實(shí)的模擬出實(shí)際的采煤過程,在安全性和信息的準(zhǔn)確性上都有較好的保證,是當(dāng)前使用最為廣泛的一種實(shí)驗(yàn)方式。

2.3 基于記憶截割的采煤機(jī)煤巖界面自動(dòng)識(shí)別方法研究

機(jī)器人控制技術(shù)在許多產(chǎn)業(yè)中都得以應(yīng)用,并且取得了良好的效果。在采煤的發(fā)展過程中也受到了這一技術(shù)理論的影響,尤其是在采煤機(jī)自動(dòng)化發(fā)展的過程中,機(jī)器人控制技術(shù)為自動(dòng)化理論提供了一定的參考思路。在機(jī)器人控制技術(shù)中最為重要的就是記憶控制技術(shù),體現(xiàn)在采煤機(jī)的控制技術(shù)上就是記憶截割技術(shù)的應(yīng)用。記憶切割技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)信息的集中化處理,并且提高了采煤機(jī)自動(dòng)識(shí)別功能和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。記憶切割技術(shù)以傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ),能夠?qū)γ簩舆M(jìn)行直接的識(shí)別,即使是厚度較大的煤層在采用了這一技術(shù)后也能進(jìn)行自動(dòng)化的控制。

采煤機(jī)滾筒的自動(dòng)控制技術(shù)的核心是煤巖界面的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。而煤巖界面的識(shí)別實(shí)際上是一個(gè)映射問題,只要能夠找到相互的對(duì)應(yīng)關(guān)系和轉(zhuǎn)化方式,就能在極短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)煤巖層的自動(dòng)識(shí)別。當(dāng)前,自動(dòng)識(shí)別技術(shù)也是我國采煤企業(yè)和相關(guān)研究人員研究的重點(diǎn)。只要能夠得出對(duì)煤巖層的智能識(shí)別公式,就能極大的提高采煤機(jī)的自動(dòng)化水平,最終提高煤礦產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率[4]。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種適應(yīng)性較強(qiáng)的映射方式,它通過輸出神經(jīng)元來對(duì)模型進(jìn)行等效劃分,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)煤巖層的自動(dòng)識(shí)別。這種方式已經(jīng)成為了最常用的煤巖層識(shí)別方式。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方式在與邏輯運(yùn)算、遺傳概率算法等進(jìn)行融合后,能夠進(jìn)一步提高自動(dòng)識(shí)別的準(zhǔn)確性和效率。但這一種識(shí)別方式容易受到截割介質(zhì)的影響,在實(shí)驗(yàn)室中的模擬難度較大,因此還需要進(jìn)一步的完善和發(fā)展。

3 結(jié) 語

采煤機(jī)的自動(dòng)化控制是實(shí)現(xiàn)采煤效率提高的關(guān)鍵環(huán)節(jié),我國當(dāng)前最常用的采煤自動(dòng)化控制技術(shù)是滾筒控制技術(shù),但在煤礦產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展、技術(shù)和設(shè)備更新頻繁的形勢(shì)下,這種傳統(tǒng)的控制模式已經(jīng)難以滿足煤礦生產(chǎn)的實(shí)際需求。本文從采煤機(jī)自動(dòng)調(diào)高控制系統(tǒng)的技術(shù)和相關(guān)研究理論出發(fā),總結(jié)了采煤機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)的要點(diǎn),希望能對(duì)采煤機(jī)的自動(dòng)化發(fā)展提供一定的參考。

[1] 張麗麗,譚 超,王忠賓.基于微粒群算法的采煤機(jī)記憶截割路徑優(yōu)化[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2011(38):69-71.

[2] 周 斌,王忠賓.灰色系統(tǒng)理論在采煤機(jī)記憶截割技術(shù)中的應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2011(39):75-77.

[3] 徐志鵬.王忠賓.基于粒子濾波的采煤機(jī)截割負(fù)載特性分析[J].煤炭學(xué)報(bào),2011(4):96-99.

[4] 權(quán)國通,譚 超,周 斌.基于模糊自適應(yīng)PID算法的采煤機(jī)液壓自動(dòng)調(diào)高系統(tǒng)研究[J].礦山機(jī)械,2010(15):20-23.

Automatic Height-Adjustment Control and Related Technology of Coal Mining Machine

ZHE Li-bing
(Dongqu Coal Mine,Xishan Coal Electricity Group Corporation,Taiyuan Shanxi 030200,China)

With the continuous expansion of the scale of coal mine industry,to realize the automation control technology of coal mining machine is the key to improve the production efficiency of coal enterprises,China in this regard has invested a lot of energy,and the current China has made some achievements in the coal mining machine automatic control technology.This paper mainly introduces the research and the related results of automatic height-adjustment control technology of the coal mining machine in China,and analyzes the application prospect of this technology.

coal mining machine;automatic height-adjustment control;technology;application

TD608

A

1007-4414(2015)05-0166-02

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.05.060

2015-08-17

折力兵(1982-),男,山西古交人,助理工程師,主要從事煤礦安監(jiān)方面的工作。