高精度傳感器在煤礦智能綜采工作面的應(yīng)用

曹哲哲

(陜西陜煤黃陵二號(hào)煤礦有限公司，陜西 黃陵 727307)

0 引言

在新興智能技術(shù)和傳統(tǒng)工業(yè)融合的新趨勢(shì)下，各個(gè)行業(yè)正迎來新時(shí)期的產(chǎn)業(yè)優(yōu)化時(shí)期。其中以模擬人工智能技術(shù)與傳統(tǒng)成套裝備的融合實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)正成為越來越重要的發(fā)展趨勢(shì)。高精度傳感器已廣泛應(yīng)用于我國工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域中。例如，在工業(yè)生產(chǎn)中，利用傳統(tǒng)的傳感器無法對(duì)某些產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)(例如，黏度、硬度、表面光潔度、成分、顏色及味道等)進(jìn)行快速直接測(cè)量并在線控制；而利用高精度傳感器可直接測(cè)量控制與產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)有函數(shù)關(guān)系的生產(chǎn)過程中的某些量(如溫度、壓力、流量等)；高精度傳感器使煤礦設(shè)備具有類似人的五官和大腦功能，可感知各種現(xiàn)象，完成各種動(dòng)作。煤礦開采產(chǎn)業(yè)由于自然環(huán)境因素的影響，對(duì)智能技術(shù)與傳統(tǒng)設(shè)備融合的新產(chǎn)品的需求尤為迫切，因此，發(fā)展以實(shí)現(xiàn)少人化、智能化開采為目標(biāo)的智能裝備對(duì)我國煤炭開采產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

1 高精度傳感器對(duì)煤礦機(jī)電設(shè)備的重要性

在煤礦生產(chǎn)機(jī)械化的基礎(chǔ)上，智能傳感器的應(yīng)用為煤礦智能化發(fā)展提供可靠依據(jù)：液壓支架的智能控制、采煤機(jī)的智能控制、工作面刮板運(yùn)輸機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)的在線監(jiān)測(cè)和膠帶運(yùn)輸機(jī)的智能控制等設(shè)備的智能化控制需要依靠傳感器進(jìn)行控制監(jiān)測(cè)，因此傳感器的智能化、重復(fù)精度、可靠性、防爆性能都對(duì)傳感器使用提出了更高要求，有效地解決這一難題，才能為礦井機(jī)電設(shè)備智能化的發(fā)展提供可靠的保證。

2 高精度傳感器在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用

2.1 高精度傳感器在采煤機(jī)中的應(yīng)用

采煤機(jī)的智能化使用在一定程度上代表了煤礦設(shè)備向現(xiàn)代化、機(jī)械化、智能化發(fā)展的里程碑。由于采煤機(jī)的使用環(huán)境比較惡劣，所以采煤機(jī)是一個(gè)機(jī)械和電氣融合復(fù)雜的系統(tǒng)，因此提高采煤機(jī)的各項(xiàng)監(jiān)控功能便顯得尤其重要。采煤機(jī)在采煤工作中占據(jù)著主力位置，只要一發(fā)生故障就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)采煤環(huán)節(jié)受到嚴(yán)重的影響，使采煤工作難以進(jìn)行下去，對(duì)整個(gè)煤礦造成不小損失。因此采煤機(jī)的監(jiān)測(cè)顯得尤為重要，可以避免和預(yù)防故障的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)智能控制。采煤機(jī)具有位置監(jiān)測(cè)精確定位、自學(xué)習(xí)智能軌跡規(guī)劃、基于智能決策的滾筒自動(dòng)調(diào)高、自動(dòng)記憶割煤、防碰撞安全避險(xiǎn)、故障自診斷等功能，并具有基于產(chǎn)量需求、輸送機(jī)設(shè)備負(fù)荷、工作面環(huán)境等信息的智能決策調(diào)速、采高自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程可視化控制等功能的實(shí)現(xiàn)都需要通過高精度傳感器來實(shí)現(xiàn)。隨著傳感器在采煤機(jī)上的應(yīng)用，采煤機(jī)的記憶截割等智能控制也得以實(shí)現(xiàn)，傳感器主要采集采煤機(jī)的以下數(shù)據(jù)：①各工作電機(jī)運(yùn)行電流、溫度；②搖臂軸溫、牽引箱軸溫、泵箱溫度；③液壓系統(tǒng)壓力、泵箱油位；④水路壓力、冷卻水流量；⑤滾筒高度及臥底量的實(shí)時(shí)顯示；⑥檢測(cè)并顯示采煤機(jī)的行走速度和定位采煤機(jī)位置；⑦實(shí)時(shí)檢測(cè)采煤機(jī)的俯、仰采角度及采煤機(jī)行走方向的工作面傾角。

通過這些數(shù)據(jù)的采集，為采煤機(jī)的遠(yuǎn)程控制和智能控制提供了可靠依據(jù)，形成的控制界面如圖1所示。煤礦企業(yè)大膽嘗試，勇于創(chuàng)新，將采煤機(jī)行走編碼器、高度傳感器等高精度傳感器運(yùn)用到了采煤機(jī)的工作中，這一舉措不僅將采煤機(jī)的科技含量進(jìn)一步提高，同時(shí)還減少了采煤機(jī)的損壞，有效地實(shí)時(shí)監(jiān)控采煤機(jī)的狀態(tài)，延長了采煤機(jī)壽命。

圖1 采煤機(jī)控制界面

2.2 高精度傳感器在液壓支架中的應(yīng)用

支架由安設(shè)在膠帶巷的乳化液泵站供液。當(dāng)壓力乳化液通過控制系統(tǒng)進(jìn)入立柱后，支架就升起初撐頂板，隨著頂板下沉，支架對(duì)頂板的支撐阻力增高，由安全閥來限定立柱內(nèi)閉鎖液體的壓力，實(shí)現(xiàn)恒阻支撐。移架時(shí)先降縮立柱，使支架卸載和脫離頂板，然后動(dòng)作推移千斤頂，以輸送機(jī)(或相鄰支架等)為支點(diǎn)實(shí)現(xiàn)移架，再以支撐的支架為支點(diǎn)推移輸送機(jī)。支架還可通過各種千斤頂實(shí)現(xiàn)護(hù)幫、平衡、調(diào)架等各種不同的輔助動(dòng)作，從而配合采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)工作面落煤、支護(hù)和運(yùn)輸?shù)木C合機(jī)械化。

圖2 液壓支架傳感器分布圖

支架電液控制系統(tǒng)是整個(gè)智能化綜采工作面的主要裝備之一，支架控制系統(tǒng)的依據(jù)就是通過高精度傳感器來監(jiān)測(cè)支架的高度、推移行程、護(hù)幫行程和壓力、大柱壓力、支架的姿態(tài)等數(shù)據(jù)，如圖2所示。通過支架立柱壓力傳感器和護(hù)幫板壓力傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓力分析，如果出現(xiàn)連續(xù)多架壓力嚴(yán)重超高的情況，則控制器發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)在集控主機(jī)上也有報(bào)警顯示。在發(fā)出報(bào)警信號(hào)的同時(shí)，控制器控制向外打開護(hù)幫(或千斤頂補(bǔ)壓)，使護(hù)幫能夠更好的護(hù)住煤壁，防止工作面大面積片幫。通過在支架上安裝的傾角傳感器和測(cè)高傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)支架高度、支架所在工作面的俯仰情況以及支架是否左右傾斜、頂板與底座是否存在扭曲角度、支架是否處于理想支護(hù)狀態(tài)等。并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的角度值進(jìn)行報(bào)警，以通知工作人員注意和及時(shí)處理，如圖3、圖4所示。通過這些傳感器可以實(shí)現(xiàn)液壓支架各種動(dòng)作的電動(dòng)控制，支架信息的采集和上傳；可配合采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)完成全工作面的自動(dòng)跟機(jī)拉架作業(yè)和自動(dòng)成組推溜作業(yè)，自動(dòng)完成整套采煤工藝流程，實(shí)現(xiàn)了綜采工作面的少人化，能有效提高工作面的推進(jìn)速度，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作面的安全水平，實(shí)現(xiàn)工作面高產(chǎn)高效生產(chǎn)。

圖3 液壓支架壓力柱狀圖

圖4 支架運(yùn)行數(shù)據(jù)表

2.3 高精度傳感器在膠帶運(yùn)輸機(jī)上的應(yīng)用

膠帶運(yùn)輸機(jī)是所有煤礦使用的一個(gè)必需設(shè)備，膠帶運(yùn)輸機(jī)在煤礦中主要用于運(yùn)輸原煤，因?yàn)槟z帶運(yùn)輸機(jī)具有傳送作用，煤礦企業(yè)的生產(chǎn)能力跟運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸能力成正比關(guān)系，因此大型煤礦企業(yè)都是用功率較高的膠帶運(yùn)輸機(jī)。黃陵二號(hào)煤礦使用的皮帶是可控傳輸啟動(dòng)裝置(CST)，該裝置可通過PLC電控系統(tǒng)調(diào)節(jié)啟動(dòng)時(shí)間、速度，進(jìn)而達(dá)到平穩(wěn)啟動(dòng)，由于電機(jī)功率較大，啟動(dòng)瞬間的電流比較大，電流過大不僅會(huì)造成膠帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部溫度過高，損壞設(shè)備，還會(huì)沖擊電網(wǎng)。對(duì)礦井的生產(chǎn)產(chǎn)生影響，還縮短了設(shè)備的使用壽命，因此通過傳感器實(shí)時(shí)顯示膠帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)膠帶運(yùn)輸機(jī)電機(jī)的溫度、油溫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)對(duì)膠帶機(jī)運(yùn)行狀態(tài)如跑偏、打滑、堆煤、撕裂、斷帶進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，這些都離不開傳感器。通過監(jiān)測(cè)為膠帶運(yùn)輸機(jī)的安全運(yùn)行提供可靠保障，為礦井的正常生產(chǎn)提供了可靠的保證。

2.4 在綜采面“三機(jī)”上的應(yīng)用

綜采工作面“三機(jī)”的是綜采工作面運(yùn)輸?shù)暮诵?，通過刮板運(yùn)輸機(jī)將采煤機(jī)割下來的煤從工作面運(yùn)輸?shù)侥z帶巷轉(zhuǎn)載機(jī)上，再由破碎機(jī)將大塊煤破碎由轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)輸?shù)侥z帶運(yùn)輸機(jī)上，完成了整個(gè)綜采工作面的運(yùn)輸。可以說“三機(jī)”是采煤機(jī)與膠帶運(yùn)輸機(jī)的連接點(diǎn)，“三機(jī)”的正常運(yùn)行直接影響著礦井的正常生產(chǎn)，因此確?！叭龣C(jī)”的正產(chǎn)運(yùn)行至關(guān)重要。黃陵二號(hào)煤礦“三機(jī)”使用的是寧夏天地奔牛實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為SGZ1200/2565刮板輸送機(jī)、型號(hào)為SZZ1300/525轉(zhuǎn)載機(jī)和型號(hào)為PLM4500破碎機(jī)，為了使“三機(jī)”設(shè)備安全高效運(yùn)行，通過安裝高精度傳感器對(duì)刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)和破碎機(jī)的減速器輸入、輸出軸的軸承溫度、潤滑油油溫、油位，電動(dòng)機(jī)的軸伸端軸承溫度、定子繞組溫度及各個(gè)傳動(dòng)部冷卻水回路的溫度、流量、壓力等關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，通過主站的通信模塊可以把設(shè)備監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)采用Modbus RTU RS485 Slave通信協(xié)議，上傳到井下環(huán)網(wǎng)直至地面調(diào)度中心的監(jiān)控主機(jī)。通過安裝礦用本安型溫度傳感器、礦用本安型壓力傳感器、礦用本安型流量傳感器、礦用本安型壓力溫度集成一體傳感器來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的在線采集，通過在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題，為礦井的安全生產(chǎn)提供了保障。

3 結(jié)語

通過高精度傳感器在智能化綜采工作面的應(yīng)用，為礦井智能化發(fā)展提供了可靠保證，通過傳感器來監(jiān)測(cè)各個(gè)設(shè)備的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，為遠(yuǎn)程操作和智能控制提供了參考，對(duì)礦井機(jī)械化向智能化發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。