采煤機(jī)健康關(guān)鍵技術(shù)的分析

平 剛

（西山煤電股份公司礦業(yè)管理有限公司， 山西 太原 030053）

引言

采煤機(jī)一般由電氣系統(tǒng)、牽引部、截割部、控制部以及部分輔助裝置聯(lián)合構(gòu)成，電氣系統(tǒng)提供工作動(dòng)力，牽引部負(fù)責(zé)牽引截割設(shè)備工作，截割部負(fù)責(zé)對(duì)整塊煤進(jìn)行切割，控制部負(fù)責(zé)下達(dá)各項(xiàng)命令?，F(xiàn)代煤礦生產(chǎn)普遍采用綜采設(shè)備，也就是綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，該種設(shè)備效率較高，也是本文分析的重點(diǎn)。

綜采設(shè)備的牽引部位和刮板部位聯(lián)合工作可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這是設(shè)備持續(xù)工作的基本方式，設(shè)備的左右截割部可以根據(jù)煤層的起伏調(diào)節(jié)工作高度?，F(xiàn)代技術(shù)下，前后截割部可以分別完成頂煤和底煤的截割，截割同時(shí)，刮板的輸送裝置將煤輸送至傳輸帶處，完成傳輸，并進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)[1]。

1 人工免疫技術(shù)

由于采煤機(jī)構(gòu)件較多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，靠傳統(tǒng)方式進(jìn)行健康檢查耗工耗時(shí)，因此需要建立科學(xué)的體系作為檢查的必要支持，也就是人工免疫系統(tǒng)。人工免疫系統(tǒng)的建立有兩個(gè)主要內(nèi)容，一是確定健康指標(biāo)，二是確定系統(tǒng)各模塊[2]。

1.1 健康指標(biāo)

健康指標(biāo)是指采煤機(jī)各部分的健康標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，該指標(biāo)的確定工作也是分步進(jìn)行的，首先要將采煤機(jī)的各關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行分類，通過采集樣本數(shù)據(jù)的方式了解其基本狀態(tài)，之后確定健康范圍數(shù)值。

比如牽引部和截割部的健康指標(biāo)，現(xiàn)有研究通常將牽引速度作為采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的基本依據(jù)，將截割部電流作為判斷采煤機(jī)狀態(tài)是否存在異常的基本依據(jù)，在牽引速度相關(guān)指標(biāo)的確定工作中，首先參考設(shè)備的額定最大、最小牽引速度，之后對(duì)設(shè)備工作的信息進(jìn)行采集，比如牽引最大速度為5，最小速度為1，在實(shí)際工作中，為了延長設(shè)備的工作壽命，通常不能使設(shè)備進(jìn)入極限工作狀態(tài)，即是說，設(shè)備的最大牽引速度往往會(huì)小于5，最小牽引速度也往往會(huì)大于1。對(duì)設(shè)備不同階段的不同負(fù)載狀況進(jìn)行記錄，搜集相關(guān)數(shù)據(jù)，并以最佳健康狀況為線性約束條件，判斷最佳健康狀況下設(shè)備的牽引速度，并作為標(biāo)準(zhǔn)，取數(shù)值上下的20%～30%作為閾值，設(shè)定為健康范圍數(shù)值。

截割部電流的確定工作與牽引速度的確定方式類似，都要建立在收據(jù)收集的基礎(chǔ)上，了解采煤機(jī)最佳健康狀況下的工作電流，取數(shù)值上下的25%～35%作為閾值，設(shè)定為健康范圍數(shù)值。

1.2 系統(tǒng)各模塊

人工免疫系統(tǒng)可以看作是對(duì)自然免疫系統(tǒng)的一種仿制。以人體為例，當(dāng)病菌侵入人體后，免疫系統(tǒng)首先會(huì)判斷其危害，當(dāng)確定其屬于有害物質(zhì)后，免疫系統(tǒng)會(huì)派出白細(xì)胞并嘗試將其殺死，這是人體免疫的基本原理。人工免疫采取同樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，先確定不同的健康威脅類型、最佳健康狀況、不同威脅的處理方式，再將其以模式化的方式代入到采煤機(jī)的控制系統(tǒng)中。

按上文所述，人工免疫系統(tǒng)可以被細(xì)分為檢查模塊、識(shí)別模塊、命令模塊、處理模塊、記錄模塊等五個(gè)主要部分。工作中，其基本流程是由檢查模塊對(duì)采煤機(jī)的工作狀況進(jìn)行全面檢查，了解其運(yùn)行狀況，在最佳健康狀況指標(biāo)的要求下，如果發(fā)現(xiàn)異常，由識(shí)別模塊對(duì)其進(jìn)行識(shí)別，假定異常為牽引部轉(zhuǎn)速過高，命令模塊會(huì)下達(dá)命令要求調(diào)整轉(zhuǎn)速，處理模塊負(fù)責(zé)執(zhí)行，將轉(zhuǎn)速降至健康指標(biāo)要求的范圍內(nèi)，之后由記錄模塊對(duì)異常情況進(jìn)行記錄，方便人員通過記錄了解異常發(fā)生的原因，探究解決方法。當(dāng)設(shè)備處于非工作狀態(tài)時(shí)，人工免疫系統(tǒng)會(huì)以2～4 h為一個(gè)周期，進(jìn)行預(yù)防性檢查，了解設(shè)備基本狀況，并對(duì)可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)進(jìn)行處理，預(yù)防性檢查主要是針對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)水、漏油等常規(guī)故障。

人工免疫法更多的是通過人工進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和系統(tǒng)設(shè)定工作，之后將其應(yīng)用于采煤機(jī)中，這一系統(tǒng)在采煤機(jī)健康方面的相關(guān)工作中，其應(yīng)用優(yōu)勢具有高度的智能化能力，而且能夠在健康問題出現(xiàn)的一瞬間進(jìn)行緊急處理和記錄，方便于后續(xù)的優(yōu)化工作。

2 動(dòng)態(tài)檢測技術(shù)

動(dòng)態(tài)檢測技術(shù)是建立在人工免疫法上的一種衍生技術(shù)，其核心是根據(jù)采煤機(jī)的種種動(dòng)態(tài)變化提出優(yōu)化建議，促進(jìn)健康方面工作的進(jìn)一步發(fā)展。在當(dāng)前技術(shù)條件下，其主要應(yīng)用于兩個(gè)方面，一是工作環(huán)境不變的情況下，基于技術(shù)進(jìn)步的自適應(yīng)調(diào)整；二是工作環(huán)境變化的情況下，基于工作變化的自適應(yīng)調(diào)整[3]。

2.1 技術(shù)進(jìn)步方面的自適應(yīng)調(diào)整

動(dòng)態(tài)檢測技術(shù)的理念是及時(shí)了解動(dòng)態(tài)變化，在這一理念的指導(dǎo)下，智能化優(yōu)勢也有了更大的應(yīng)用空間。以現(xiàn)代采煤工業(yè)的發(fā)展來看，技術(shù)進(jìn)步是一大趨勢，早年的采煤作業(yè)效率低，割煤機(jī)的出現(xiàn)使工作效率大為提高，綜采設(shè)備則使采煤效率再一次獲得提升，因此，未來的相關(guān)技術(shù)仍會(huì)持續(xù)進(jìn)步。

在工作環(huán)境不變的情況下，利用動(dòng)態(tài)檢測技術(shù)對(duì)工作過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，了解工作效率和健康狀況之間的動(dòng)態(tài)變化。以牽引部轉(zhuǎn)速為例，假定由于技術(shù)的進(jìn)步，牽引部的轉(zhuǎn)速提高為現(xiàn)有轉(zhuǎn)速的150%，轉(zhuǎn)速提升后，單位時(shí)間內(nèi)割煤效率提升為原效率的140%，但機(jī)械磨損率、故障率上升為原轉(zhuǎn)速模式下的190%，能源消耗為原消耗的160%，修理故障消耗的時(shí)間、投入的人力物力也大幅增加，那么效率的提升就失去了意義。根據(jù)動(dòng)態(tài)檢測的結(jié)果，當(dāng)轉(zhuǎn)速提升為120%時(shí)，磨損率、故障率上升幅度小、能源消耗增長小，效率提升較為顯著，在之后的工作中，即可以將轉(zhuǎn)速保持為120%，既提升了效率，也有效地保證了采煤機(jī)的健康。

2.2 工作環(huán)境變化的自適應(yīng)調(diào)整

由于技術(shù)的重大革新往往不會(huì)頻繁出現(xiàn)，健康技術(shù)的優(yōu)化還可以根據(jù)工作環(huán)境的變化來進(jìn)行。比如為了降低粉塵率利用的濕式采煤法，工作環(huán)境的變化會(huì)對(duì)設(shè)備健康產(chǎn)生影響，優(yōu)化工作也有了進(jìn)行的空間。

濕式采煤法在現(xiàn)代井下采煤中得到了一定程度的應(yīng)用，該方式可以有效降低粉塵率，使工作環(huán)境得到保證。但在進(jìn)行割煤作業(yè)時(shí)，水帶來的摩擦力、阻力以及其對(duì)截割設(shè)備的影響是不容忽視的，這種開采小環(huán)境的變化給采煤機(jī)健康造成的影響可以通過動(dòng)態(tài)檢測加以了解。比如在牽引部轉(zhuǎn)速不變的情況下，干式采煤法的故障率為0.02，濕式采煤法的故障率為0.03，調(diào)查結(jié)果顯示故障的變化是水阻力造成的，但水阻力對(duì)故障發(fā)生率的影響系數(shù)一時(shí)難以確定，因此以動(dòng)態(tài)檢測為主進(jìn)行一段時(shí)間的觀察，了解到采用濕式采煤法，如果牽引部轉(zhuǎn)速為原轉(zhuǎn)速的97%、截割部電流為原電流的95%，可以有效降低粉塵率、保持開采效率，并將故障率維持在較低的水平，在后續(xù)工作中即可以據(jù)此進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

在現(xiàn)有技術(shù)水平下，將動(dòng)態(tài)檢測技術(shù)和人工免疫技術(shù)聯(lián)合使用，能夠使采煤機(jī)健康保持在相對(duì)較高的水平上。

3 結(jié)語

通過對(duì)采煤機(jī)工作過程、健康關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，了解了相關(guān)基本內(nèi)容。目前，應(yīng)用人工免疫技術(shù)和動(dòng)態(tài)檢測技術(shù)，能夠較好地維持采煤機(jī)的健康，也便于根據(jù)各類情況對(duì)采煤機(jī)健康工作進(jìn)行必要的優(yōu)化。在后續(xù)工作中，應(yīng)用上述理論，有利于了解和利用采煤機(jī)健康關(guān)鍵技術(shù)，使相關(guān)工作更好地進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

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[3]沈利華，孫建勇，成鈺龍，等.基于LabVIEW與小波變換的采煤機(jī)健康度監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械，2013（12）：242-244.