采煤機(jī)位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化

王 樂

（潞安化工集團(tuán)司馬煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 046000）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，煤礦現(xiàn)有的采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)為核心的井下綜采作業(yè)設(shè)備的自動(dòng)化程度得到了顯著的提升。井下自動(dòng)化綜采通過采煤機(jī)上安裝的位置監(jiān)測(cè)裝置可實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)收放護(hù)板和液壓支架的移架等作業(yè)，提高了煤礦井下綜采作業(yè)的安全性。由于井下粉塵濃度高、作業(yè)環(huán)境惡劣，原有傳統(tǒng)的編碼器判斷方案存在著可靠性差、使用壽命短、累積誤差大等缺陷，無(wú)法滿足安全可靠的高精度定位需求；激光定位方案在高粉塵環(huán)境中衰減大、定位精度低，同樣也無(wú)法滿足液壓支架和采煤機(jī)高精度定位的需求。結(jié)合煤礦井下實(shí)際情況，本文提出了一種新的采煤機(jī)位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以紅外線定位為核心，利用紅外線衰減少、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)對(duì)采煤機(jī)位置實(shí)現(xiàn)精確判斷。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，表明該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的定位精度達(dá)到了0.1 m，其具有定位精度高、連續(xù)性好的特點(diǎn)，極大地提升了井下采煤機(jī)和液壓支架聯(lián)動(dòng)運(yùn)行作業(yè)的可靠性。

1 采煤機(jī)位置監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

結(jié)合煤礦井下綜采工作面采煤機(jī)和液壓支架的相對(duì)位置關(guān)系和井下實(shí)際工作環(huán)境，該采煤機(jī)位置監(jiān)控系統(tǒng)主要包括設(shè)置在采煤機(jī)上的紅外線發(fā)射裝置和設(shè)置在液壓支架上的紅外線接收裝置[1]。每個(gè)支架上的紅外線接收裝置均和液壓支架的編號(hào)關(guān)聯(lián)，隨著采煤機(jī)的運(yùn)行其發(fā)射的紅外線信號(hào)會(huì)被不同的液壓支架接收到，通過檢測(cè)支架的編號(hào)即可推算出采煤機(jī)相對(duì)于液壓支架組的位置關(guān)系。采煤機(jī)位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 采煤機(jī)位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在該控制系統(tǒng)中還設(shè)置有間架控制器，其主要作用是對(duì)各個(gè)液壓支架的間距進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)整，在運(yùn)行過程中采煤機(jī)位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)將監(jiān)測(cè)結(jié)果先傳遞給間架控制器，通過間架控制器來作為液壓支架動(dòng)作調(diào)整的基準(zhǔn)。端頭控制器主要用于對(duì)調(diào)整信號(hào)進(jìn)行分析和發(fā)送，控制間架控制器來對(duì)液壓支架的動(dòng)作進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)通過間架控制器來對(duì)各個(gè)液壓支架的調(diào)整情況進(jìn)行監(jiān)控，將監(jiān)測(cè)結(jié)果傳輸?shù)娇刂浦行?，便于監(jiān)測(cè)人員對(duì)采煤機(jī)和液壓支架的相互工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整。

2 紅外定位裝置設(shè)計(jì)

紅外線定位裝置是該采煤機(jī)位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心，其監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性直接決定了該位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用穩(wěn)定性，結(jié)合煤礦井下液壓支架和采煤機(jī)的相對(duì)運(yùn)行關(guān)系，該采煤機(jī)紅外線定位裝置的定位原理見圖2[2]。

圖2 采煤機(jī)紅外線定位原理

由圖2可知，該定位裝置在運(yùn)行時(shí)，液壓支架上的紅外線接收裝置首先接收到采煤機(jī)處傳輸過來的紅外線信號(hào)，在系統(tǒng)內(nèi)對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波和信號(hào)調(diào)理然后傳輸?shù)较到y(tǒng)的A/D 轉(zhuǎn)換接口，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)處理。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)和液壓支架相對(duì)位置關(guān)系的精確判斷，在控制中心設(shè)置了數(shù)據(jù)判別的標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)接收到的信號(hào)高于該標(biāo)準(zhǔn)值后系統(tǒng)即可判斷該采煤機(jī)和液壓支架相對(duì)應(yīng)，若接收到的信號(hào)低于該標(biāo)準(zhǔn)值則表明該采煤機(jī)和液壓支架處于一定的偏位，需進(jìn)一步調(diào)整。

由于煤礦井下粉塵濃度大，工作環(huán)境惡劣，傳統(tǒng)的紅外線定位方案無(wú)法滿足惡劣環(huán)境下的精確定位需求。因此本文提出了一種新的紅外線發(fā)射裝置，其采用了增強(qiáng)型的紅外線發(fā)射管，在系統(tǒng)中設(shè)置了穩(wěn)壓電路，用于確保輸出的紅外線信號(hào)的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)誤判。系統(tǒng)中還設(shè)置了恒流源電路，從而有效的確保了紅外線發(fā)射裝置工作時(shí)的可靠性，該增強(qiáng)型紅外線發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 增強(qiáng)型紅外線發(fā)射裝置原理

在實(shí)際應(yīng)用過程中增強(qiáng)型的紅外線發(fā)射裝置只能確保所發(fā)出的紅外線信號(hào)的強(qiáng)度，但無(wú)法保證接收裝置對(duì)紅外線信號(hào)接收的范圍和穩(wěn)定性。因此在紅外線發(fā)射裝置處還采用了廣角發(fā)射頭[3]，確保接收裝置能夠準(zhǔn)確接收到偏位狀態(tài)下的采煤機(jī)紅外線信息。通過井下多次試驗(yàn)驗(yàn)證，最終確定廣角發(fā)射頭包括36 個(gè)紅外線發(fā)射單元，其共分為9 組，每組均由固定的恒流源供電，發(fā)射角呈矩形排列，從而確保了在偏位狀態(tài)下數(shù)據(jù)信息接收的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)和液壓支架相對(duì)位置狀態(tài)的精確判斷。

3 采煤機(jī)位置監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)用效果

為了對(duì)該采煤機(jī)位置監(jiān)測(cè)裝置的實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行驗(yàn)證，本文以某礦井下采煤機(jī)和液壓支架的聯(lián)動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，對(duì)其進(jìn)行位置監(jiān)測(cè)改造，用紅外線定位系統(tǒng)替代了原有的編碼器定位裝置，對(duì)運(yùn)行過程中采煤機(jī)和液壓支架的相對(duì)位置監(jiān)測(cè)精度進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果見圖4。

圖4 不同定位方案精度對(duì)比

由圖4可知，當(dāng)采用傳統(tǒng)的編碼器定位[4]方案時(shí)隨著推進(jìn)距離的增大其誤差迅速增大，當(dāng)距離為300 m 時(shí)，位置定位誤差達(dá)到了約0.32 m，已經(jīng)超出了編碼器偏位信號(hào)的接收范圍，無(wú)法進(jìn)行正常的運(yùn)行調(diào)整，需要人工對(duì)編碼器進(jìn)行復(fù)位。而采用新的紅外線定位方案后，在運(yùn)行300 m 后其定位精度依舊達(dá)到了約0.1 m，完全滿足煤礦井下的高精度定位需求，而且定位精度高、穩(wěn)定性好，對(duì)確保井下采煤機(jī)、液壓支架的聯(lián)動(dòng)運(yùn)行穩(wěn)定性具有十分重要的意義。

4 結(jié)論

針對(duì)現(xiàn)有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在使用用中存在的可靠性差、監(jiān)測(cè)誤差大，無(wú)法滿足聯(lián)動(dòng)綜采作業(yè)監(jiān)測(cè)需求的現(xiàn)狀，提出了一種新的采煤機(jī)位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以紅外線定位為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)在井下綜采工作面采煤機(jī)與液壓支架位置的精確測(cè)量，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明：

1）采煤機(jī)位置監(jiān)控系統(tǒng)主要包括設(shè)置在采煤機(jī)上的紅外線發(fā)射裝置和設(shè)置在液壓支架上的紅外線接收裝置，通過檢測(cè)支架的變化即可推算出采煤機(jī)相對(duì)于液壓支架組的位置關(guān)系。

2）紅外線定位裝置采用了增強(qiáng)型信號(hào)發(fā)生端子和廣角發(fā)生端頭，有效確保了煤礦井下惡劣環(huán)境下信號(hào)發(fā)射的穩(wěn)定性及發(fā)射范圍，確保了對(duì)采煤機(jī)、液壓支架相對(duì)位置判斷的精確性。

3）該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的定位精度達(dá)到了0.1 m，定位精度高、連續(xù)性好，極大的提升了井下綜采工作面采煤機(jī)和液壓支架聯(lián)動(dòng)運(yùn)行作業(yè)的可靠性。