大采高數(shù)字智能化采煤機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

高振華

（霍州煤電辛置煤礦生產(chǎn)技術(shù)科， 山西 霍州 031412）

引言

目前，我國(guó)已能提供中低端系列煤機(jī)裝備，但高端煤機(jī)裝備與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比尚存在較大差距。通過(guò)對(duì)煤層識(shí)別、井下雙向通信、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制、三機(jī)協(xié)調(diào)控制等關(guān)鍵技術(shù)的研究，開發(fā)出采煤機(jī)智能控制系統(tǒng)，研制出年產(chǎn)千萬(wàn)噸大采高智能采煤機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)工作面煤機(jī)裝備的智能化控制和自動(dòng)化生產(chǎn)，達(dá)到煤礦綜采工作面減人、少人的目的[1]。

年產(chǎn)千萬(wàn)噸大采高數(shù)字智能化采煤機(jī)由辛置煤礦牽頭，聯(lián)合各大高校協(xié)同合作攻關(guān)，通過(guò)研發(fā)采煤機(jī)智能控制系統(tǒng)，開發(fā)關(guān)鍵核心智能裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)采煤機(jī)的智能化控制，可以對(duì)工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控，對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行自動(dòng)預(yù)警診斷，同時(shí)對(duì)煤層進(jìn)行智能化識(shí)別。

1 采煤機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

裝機(jī)總功率：2860（2660）kW；截割功率：1100（1000）kW；最大采高：7.0 m；最大牽引速度：26.6（30）m/min；最大工作牽引速度：12.3 m/min；最大牽引力：1756 kN；生產(chǎn)能力：≥4500 t/h；自動(dòng)調(diào)高控制最大誤差：＜10mm；機(jī)身傾角檢測(cè)精度：＜0.7°；遠(yuǎn)程通信接口：10/100 M以太網(wǎng)；遠(yuǎn)程控制最大距離：600 m；遠(yuǎn)程控制總響應(yīng)時(shí)間：＜500 ms；整機(jī)質(zhì)量：165 t[2]。

2 采煤機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的分析

2.1 采煤機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、預(yù)警、診斷技術(shù)

該采煤機(jī)對(duì)于工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)主要是利用多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)，具體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖如圖1所示。事先安裝的傳感檢測(cè)單元可以對(duì)采煤機(jī)相應(yīng)的部件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，再通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行快速診斷和預(yù)警，同時(shí)還可以查看設(shè)備的可查看歷史故障記錄[3]。

電器監(jiān)測(cè)：對(duì)供電電壓、電機(jī)電流和溫度、變頻器工作狀態(tài)等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。液壓及水路系統(tǒng)監(jiān)測(cè)：對(duì)油箱液位、油箱溫度、油高壓壓力系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)：對(duì)左右截割部—軸溫度、牽引傳動(dòng)箱—軸溫度、旋轉(zhuǎn)編碼器（滾筒高度）、旋轉(zhuǎn)編碼器（煤機(jī)位置）、搖臂高低速軸承振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝了三相電流互感器、絕緣監(jiān)測(cè)模塊、PD100傳感器，從而完成電機(jī)的過(guò)載減速、重載反牽、漏電閉鎖及過(guò)溫等保護(hù)，對(duì)采煤機(jī)各個(gè)電機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)診斷并做出相應(yīng)預(yù)警提示。安裝在電纜夾的稱重傳感器，對(duì)電纜張力監(jiān)測(cè)和保護(hù)。系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)搖臂高速腔、牽引傳動(dòng)箱高速腔及泵站的油溫進(jìn)行監(jiān)測(cè)、報(bào)警和保護(hù)，對(duì)泵站油位監(jiān)測(cè)與報(bào)警，對(duì)調(diào)高系統(tǒng)高、低壓油壓壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)冷卻水、左右內(nèi)噴霧壓力流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、預(yù)警。采煤機(jī)電氣系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)其內(nèi)部各個(gè)傳感器部件與PLC和DSP架構(gòu)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的通信狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，直觀地給出各個(gè)傳感器的通信狀態(tài)。

圖1 數(shù)字智能化采煤機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖

2.2 滾筒高度自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)

用高精度旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量采煤機(jī)搖臂與機(jī)身的相對(duì)角度，利用油缸位置傳感器測(cè)量控制搖臂升降油缸的實(shí)際伸縮量，將數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和傳輸后，到達(dá)DSP處理器進(jìn)行下一步的綜合處理。同時(shí)采煤機(jī)傾角陀螺儀記錄的相應(yīng)數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確得到采煤機(jī)的滾筒高度。利用采集信息和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，建立地質(zhì)模型進(jìn)行運(yùn)算，自動(dòng)設(shè)定采高的目標(biāo)值。滾筒高度自動(dòng)調(diào)節(jié)可見(jiàn)圖2所示。

圖2 自動(dòng)調(diào)高控制示意圖

2.3 牽引速度自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)

順槽集控平臺(tái)收集液壓支架支護(hù)、移動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)輸機(jī)負(fù)載的煤流相關(guān)參數(shù)，結(jié)合采煤機(jī)位置，給采煤機(jī)發(fā)出牽引速度的目標(biāo)信號(hào)。將采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)紻SP處進(jìn)行處理運(yùn)算，得到相應(yīng)的位置，同時(shí)結(jié)合截割電機(jī)、牽引電機(jī)的負(fù)載電流和溫度信號(hào)一同進(jìn)行處理。由順槽集控平臺(tái)做出相應(yīng)的牽引指令，采煤機(jī)DSP處理器接收到指令后，控制牽引電機(jī)轉(zhuǎn)速，自動(dòng)連續(xù)平滑達(dá)到給定速度（變頻器也實(shí)時(shí)采集電機(jī)參數(shù)并通過(guò)DSP處理器反饋給順槽集控平臺(tái)）。

2.4 采煤機(jī)定位與煤層識(shí)別技術(shù)

該采煤機(jī)通過(guò)建立工作面煤層的三維數(shù)字化GIS模型來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)的絕對(duì)定位，根據(jù)相應(yīng)的監(jiān)測(cè)結(jié)果，能自動(dòng)計(jì)算出采煤機(jī)區(qū)域當(dāng)有刀煤厚值和下幾刀煤厚值，同時(shí)利用歷史數(shù)據(jù)可以對(duì)后采區(qū)域進(jìn)行相應(yīng)的截割預(yù)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)煤層的自動(dòng)識(shí)別[4]。

3 實(shí)踐應(yīng)用分析

研制出的千萬(wàn)噸級(jí)智能采煤機(jī)在霍州煤電集團(tuán)辛置煤礦成功進(jìn)行了應(yīng)用實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了采煤工作面設(shè)備智能化控制及自動(dòng)化生產(chǎn)，提升整個(gè)綜采設(shè)備行業(yè)的智能化水平，促進(jìn)國(guó)內(nèi)智能成套綜采工作面的國(guó)產(chǎn)化，具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益和推廣示范作用價(jià)值[5]。

1）經(jīng)濟(jì)效益。該智能采煤機(jī)的使用，實(shí)現(xiàn)了工作面自動(dòng)化生產(chǎn)，使煤炭企業(yè)實(shí)現(xiàn)了減人增效，工作面跟班人員減至1/3；節(jié)約了人力資源成本，該采煤機(jī)每年可生產(chǎn)原煤1000萬(wàn)t，為煤炭企業(yè)新增產(chǎn)值40億元。

2）社會(huì)效益。該智能采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化采煤，對(duì)于采煤機(jī)的研發(fā)具有很好的參考意義。

4 結(jié)論

該設(shè)備在霍州煤電集團(tuán)辛置煤礦得到了實(shí)踐應(yīng)用，設(shè)備運(yùn)行正常、平穩(wěn)可靠，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)、智能化功能均達(dá)到了項(xiàng)目的要求，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效果，可以進(jìn)行推廣應(yīng)用。