煤礦井下高效綜采作業(yè)技術(shù)的應用研究

張獻軍

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司望云煤礦分公司， 山西 晉城 048411）

引言

據(jù)統(tǒng)計我國煤礦井下綜采作業(yè)中綜采機械化水平相對較低，而且已經(jīng)投入使用的刮板輸送機、采煤機、液壓支架等大型綜采作業(yè)設備均為孤島式作業(yè)，沒有形成統(tǒng)一的聯(lián)動控制，智能化程度低，大量人工在綜采面進行作業(yè)時也面臨著瓦斯突出、塵肺病、塌方等意外事故和職業(yè)病的威脅，給井下綜采作業(yè)安全和效率造成了極大的影響[1]。因此分析研究一種新的煤礦井下高效綜采作業(yè)技術(shù)。

1 井下高效綜采作業(yè)的控制方案

根據(jù)分析，在現(xiàn)有基礎上要進一步提升綜采作業(yè)的效率和經(jīng)濟性，要從減少煤礦井下綜采作業(yè)人員，提升各設備之間的調(diào)整效率入手，因此本文提出了煤礦井下高效綜采作業(yè)控制方案，將采煤機、刮板輸送機、液壓支架，以采煤機的運行狀態(tài)為核心，實現(xiàn)以采煤機為中心的綜采設備的聯(lián)合運行控制。井下高效聯(lián)合綜采作業(yè)控制方案如圖1 所示[2]。

由圖1 可知，在該高效綜采作業(yè)控制方案中，聯(lián)合控制主要通過“三機”聯(lián)動控制系統(tǒng)和煤礦井下的各液壓支架控制器共同實現(xiàn)，設置在采煤機、液壓支架、刮板輸送機上的傳感器設備對“三機”的運行狀態(tài)、相互位置等進行實時監(jiān)測，然后將監(jiān)測結(jié)果傳輸給聯(lián)動控制器，聯(lián)動控制器根據(jù)各設備之間的相互位置狀態(tài)通過判斷后向各執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出調(diào)節(jié)控制指令，實現(xiàn)聯(lián)合運行控制。具體來說首先各液壓支架上的支架控制器通過紅外位置傳感器對采煤機之間的位置關(guān)系進行判斷，刮板輸送機則通過電流傳感器將負載信息傳遞給系統(tǒng)的聯(lián)動控制器，聯(lián)動控制器綜合分析后，對液壓支架的收放護幫板、降柱、移架進行自動控制，通過調(diào)整刮板輸送機和采煤機的運行狀態(tài)實現(xiàn)負荷自適應運行，滿足聯(lián)合控制需求。

圖1 煤礦井下高效綜采作業(yè)控制結(jié)構(gòu)示意圖

2 刮板輸送機與采煤機的智能匹配控制方案

采煤機在綜采作業(yè)過程中的綜采作業(yè)速度決定了與之匹配的刮板輸送機的煤炭的輸送量，傳統(tǒng)的控制方案中主要是將刮板輸送機設置為最大運量工況，滿足采煤機在最大綜采作業(yè)能力下的綜采作業(yè)需求，但由于采煤機在實際運行中會受到各類因素的影響，其綜采能力呈現(xiàn)了較大的變化，刮板輸送機長期處于“大馬拉小車”的狀態(tài)，而且由于采煤機為人工控制運行，無法及時將采煤機的運行狀態(tài)傳遞給刮板輸送機，導致刮板輸送機也無法及時對工作情況進行調(diào)節(jié)。

本文提出了一種刮板輸送機—采煤機智能匹配的控制系統(tǒng)[3]，以刮板輸送機運行時的工作電流為信號來作為實現(xiàn)刮板輸送機和采煤機協(xié)調(diào)運行的基礎，利用各類傳感器設備實現(xiàn)對采煤機綜采作業(yè)時的位置、截割轉(zhuǎn)速、進給速度的實時監(jiān)測，將監(jiān)測結(jié)果傳遞給匹配控制中心，對采煤機下一階段的綜采作業(yè)狀態(tài)和割煤量進行預測，將預測結(jié)果傳輸給刮板輸送機，同時對刮板輸送機的運行速度進行調(diào)節(jié)。系統(tǒng)對刮板輸送機運行過程中的負載電流情況進行同步檢測，根據(jù)檢測結(jié)果對刮板輸送機上的負載情況進行判斷，將判斷結(jié)果傳輸?shù)狡ヅ淇刂浦行呐c采煤機的割煤量理論值進行對比，當監(jiān)測值大于理論值時，控制降低采煤機的進給速度或者提升刮板輸送機的運行速度，當監(jiān)測值小于理論值時，則控制提升采煤機的進給速度或者降低刮板輸送機的運行速度，滿足采煤機和刮板輸送機的匹配控制需求，該匹配控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2 所示[4]。

圖2 煤礦井下刮板輸送機與采煤機運行匹配控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3 采煤機與液壓支架的聯(lián)動控制方案

采煤機和液壓支架的聯(lián)合運行控制主要是依靠液壓支架上的傳感器設備首先判斷和采煤機之間的位置關(guān)系，然后由聯(lián)合控制中心將系統(tǒng)聯(lián)合控制指令傳輸給支架控制器，通過支架控制器實現(xiàn)對液壓支架運行狀態(tài)的調(diào)整，采煤機和液壓支架聯(lián)動控制方案的關(guān)鍵點在于對采煤機和液壓支架之間的相互狀態(tài)進行判斷，從而確保精確控制液壓支架運行狀態(tài)的目的。由于煤礦井下地質(zhì)條件復雜，能見度較低而且工作環(huán)境惡劣，傳統(tǒng)的編碼器計數(shù)的位置判斷方案經(jīng)常出現(xiàn)累積誤差，難以滿足聯(lián)合運行時長期控制需求，因此經(jīng)過多次驗證，本文采用了紅外線傳感器位置判斷方案[5]，在采煤機上設置紅外線接收裝置，在各液壓支架上設置對應編碼的紅外線傳感器，采煤機接收到紅外線信號后即可對信號進行解碼，從而判斷出與各液壓支架的相對位置關(guān)系，滿足聯(lián)合調(diào)節(jié)控制的需求，具有定位精度好、穩(wěn)定性好的優(yōu)點。

根據(jù)實際應用表明該智能化綜采作業(yè)技術(shù)能夠精確地實現(xiàn)各設備之間的聯(lián)合運行控制，將井下綜采面作業(yè)人員數(shù)量減少了52%，綜采作業(yè)效率提升了24%，是實現(xiàn)無人綜采作業(yè)的基礎，具有極大的應用推廣價值。

4 結(jié)論

1）“三機聯(lián)合控制，主要通過“三機”聯(lián)動控制系統(tǒng)和煤礦井下的各液壓支架控制器共同實現(xiàn)，通過對設備之間運行狀態(tài)和位置關(guān)系的分析，實現(xiàn)了自動化聯(lián)動運行控制；

2）刮板輸送機—采煤機智能匹配控制系統(tǒng)，以刮板輸送機運行時的工作電流為信號作為實現(xiàn)刮板輸送機和采煤機協(xié)調(diào)運行的基礎，調(diào)節(jié)精度高、穩(wěn)定性好；

3）紅外線傳感器位置判斷方案，具有定位精度好、穩(wěn)定性好的優(yōu)點；

4）該智能化綜采作業(yè)技術(shù)將井下綜采面作業(yè)人員數(shù)量減少了52%，綜采作業(yè)效率提升了24%，具有極大的應用推廣價值。