采煤機智能調高控制系統的應用研究

張 偉

（山西晉煤集團澤州天安葦町煤業(yè)有限公司， 山西 晉城 048000）

引言

采煤機作為煤礦井下綜采作業(yè)的核心設備，已經成為制約井下自動綜采水平進一步提升的關鍵。由于煤礦井下地質環(huán)境復雜，目前采煤機在工作過程中主要依靠作業(yè)人員根據井下煤層分布情況調整截割滾筒的截割高度，調整速度慢、精度差，經常出現觸頂事故，給井下綜采作業(yè)效率和作業(yè)安全帶來了較大的隱患。因此本文提出了一種采煤機智能調高控制系統。

1 智能調高控制系統結構

對采煤機搖臂的調高控制主要是依據采煤機截割作業(yè)時的進給速度、截割路徑、煤層高度等，而采煤機進給速度與截割煤層的硬度有直接的關系，根據采煤機截割作業(yè)流程及無人化綜采作業(yè)需求，本文所提出的采煤機自動調高控制系統結構如圖1 所示[1]。

由圖1 可知，在采煤機截割作業(yè)過程中，系統根據采煤機的截割軌跡路徑，自動轉換為采煤機截割作業(yè)時在各個控制點的進給速度和截割滾筒的高度坐標，作為采煤機自動截割控制的依據，這些信息經過系統的D/A 放大器轉換[2]、放大后傳遞到采煤機進給控制系統和調高控制系統，從而在截割作業(yè)過程中控制采煤機的進給速度和截割作業(yè)高度。為了確保系統調節(jié)控制的精確性，在截割作業(yè)過程中位于采煤機上的各類傳感器設備對采煤機截割作業(yè)過程中的姿態(tài)、位置進行檢測，將檢測結果以負反饋調節(jié)的模式傳輸到反饋系統，實現對采煤機截割控制的閉環(huán)調整。在控制的過程中位于截割機構上的截割負載檢測系統通過對作用在采煤機上的截割負載的監(jiān)測，來判斷巖層的硬度狀態(tài)，根據不同硬度下設計的截割控制邏輯實現對采煤機進給速度和截割滾筒調高控制的依據，為了確保在復雜狀態(tài)下綜采作業(yè)的安全性，系統還設置有遠程控制系統，實現緊急情況下的人工遠程控制作業(yè)。

圖1 采煤機智能調高控制系統結構示意圖

2 智能調高控制系統的煤巖硬度自動識別功能

采煤機在截割作業(yè)過程中的運動主要包括進給運動、搖臂的截割運動及截割機構的截割轉速，為了確保采煤機在截割作業(yè)過程中截割驅動系統的運行穩(wěn)定性，需要根據截割負載來靈活調整截割轉速、進給速度等，傳統的截割控制系統中對煤巖截割硬度的識別主要是提前對井下巖層情況進行研究，然后輸入到控制系統中，但該方案所獲取的截割硬度情況極為不準確，導致采煤機截割作業(yè)中經常出現截齒斷裂、截割驅動系統磨損過度，使用壽命降低等。

為了實現對截割過程中截割負載變化情況的實時監(jiān)控，本文提出了一種基于電流監(jiān)測法的截割負載判斷方案，當作用在截割滾筒上的負載發(fā)生變化后會導致截割驅動電機的截割電流發(fā)生變化，利用水泥、石塊、沙子制作不同硬度的樣塊[3]，對不同硬度下截割作業(yè)時的電機截割電流進行統計，形成與硬度對應的截割電流對照表，將其輸入到控制系統中，通過檢測截割電機的截割電流即可判斷出巖壁的硬度狀態(tài)，從而針對性地選擇對應的采煤機進行速度、截割轉速等，滿足對采煤機搖臂運行狀態(tài)調整的需求，截割作業(yè)過程中采煤機截割電流的采樣如圖2所示。

圖2 截割電機電流采樣示意圖

該巖層硬度識別系統能夠精確地監(jiān)測到煤巖硬度的變化情況，快速地對截割狀態(tài)進行匹配，滿足不同地質條件下的截割穩(wěn)定性需求，從而實現對搖臂高度精確調節(jié)的目的。

3 智能調高控制系統的采煤機搖臂調高執(zhí)行機構

采煤機調高控制系統輸出的控制信號傳輸到調高執(zhí)行機構內，通過控制液壓油缸的伸出量來實現對執(zhí)行機構高度的靈活調整[4]。為了確保對執(zhí)行機構高度調整的靈活性和精確性，該采煤機搖臂調高執(zhí)行機構中采用了電磁比例溢流閥調節(jié)，調高控制信號傳輸到電磁比例溢流閥中，通過控制比例溢流閥開度的大小來實現對執(zhí)行油缸伸出量的精確控制，確保對采煤機搖臂高度調節(jié)的精確性，該采煤機搖臂調高執(zhí)行機構如圖3 所示。

通過對采煤機的調高控制系統的升級，實現了在截割作業(yè)過程中對截割負載的精確監(jiān)測，以此為調高執(zhí)行機構的調節(jié)基礎信號，實現了在運行過程中的智能調高控制，根據實際測量，其調節(jié)精度達到了±10 mm，實現了對最佳的截割轉速和進給速度的快速匹配，有效提升了截割作業(yè)效率，極大地確保了井下綜采作業(yè)的安全性和經濟性。

4 結論

1）采煤機調高智能控制系統采用了負反饋調節(jié)的控制模式，以煤巖硬度為調節(jié)控制依據，具有邏輯控制簡單、精確度高、反應速度快的優(yōu)點；

圖3 采煤機搖臂調高執(zhí)行機構示意圖

2）煤巖硬度的自動識別采用基于電流監(jiān)測法的截割負載判斷方案，能夠快速地對煤巖硬度的變化情況進行反應，滿足快速調整的需求；

3)該調高控制系統，實現了在運行過程中的智能調高控制，其調節(jié)精度達到了±10 mm，實現了對最佳的截割轉速和進給速度的快速匹配，有效提升了截割作業(yè)效率。