某礦井智能化聯(lián)控綜采技術(shù)

劉文明

（潞安化工集團(tuán)司馬煤業(yè)有限公司）

自動(dòng)化控制技術(shù)是解決煤礦井下綜采效率低、安全性差的核心技術(shù)，但由于煤礦井下的綜采作業(yè)條件復(fù)雜，導(dǎo)致現(xiàn)有的自動(dòng)化綜采控制方案無(wú)法真正地實(shí)現(xiàn)綜采面的自動(dòng)化控制，特別是采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)、液壓支架之間，需要靠人工進(jìn)行定位和移架調(diào)整，不僅效率低而且安全性差，成為限制煤礦井下綜采效率和安全進(jìn)一步提升的關(guān)鍵瓶頸。

結(jié)合自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展和煤礦井下綜采作業(yè)工藝流程，提出了一種新的礦井智能化聯(lián)控綜采技術(shù)，優(yōu)化了井下三機(jī)聯(lián)合綜采的工藝流程，對(duì)采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)的聯(lián)動(dòng)控制方案和控制系統(tǒng)構(gòu)成進(jìn)行分析。

1 智能化聯(lián)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在該智能化聯(lián)控系統(tǒng)中，主要是針對(duì)綜采面的核心設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)運(yùn)行控制，以降低系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)難度，提高可靠性。因此，系統(tǒng)的主要功能是控制采煤機(jī)按照預(yù)定的截割方案進(jìn)行自動(dòng)截割作業(yè)，然后將采煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和截割作業(yè)位置信息等傳遞給智能化聯(lián)控系統(tǒng)。系統(tǒng)接收到相關(guān)的信息后對(duì)支架和采煤機(jī)的相對(duì)位置關(guān)系進(jìn)行判斷，然后控制對(duì)應(yīng)的支架進(jìn)行跟機(jī)移架、伸縮護(hù)幫板等，滿足支架的自動(dòng)跟機(jī)運(yùn)行。同時(shí)系統(tǒng)在刮板輸送機(jī)處設(shè)置有煤量判斷裝置，對(duì)落煤量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，然后根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的牽引速度—煤量匹配情況，自動(dòng)調(diào)整刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，滿足井下煤炭運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性的需求。該礦井智能化聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示［1］。

由圖1可知，該智能聯(lián)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)主要包括了地面管理層、井下監(jiān)控層和綜采面設(shè)備層3個(gè)部分，設(shè)備層主要是由設(shè)置在液壓支架上的支架控制器以及設(shè)置在刮板輸送機(jī)、采煤機(jī)上的各類傳感器構(gòu)成，用于對(duì)采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)需要執(zhí)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)單元所傳遞的調(diào)控指令。井下監(jiān)控層主要包括不間斷電源、井下監(jiān)控中心以及聯(lián)動(dòng)控制器，主要用于對(duì)綜采面的可視化監(jiān)測(cè)、井下設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息分析處理的等。地面管理層主要是地面監(jiān)控中心，主要用于對(duì)井下綜采面運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)能夠根據(jù)井下實(shí)際情況，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

2 液壓支架跟機(jī)控制

采煤機(jī)在綜采作業(yè)過(guò)程中沿著綜采面不斷地推進(jìn)，其前后的液壓支架需要根據(jù)采煤機(jī)的位置不斷調(diào)整支護(hù)姿態(tài)，避免采煤機(jī)在截割作業(yè)過(guò)程中和支架護(hù)幫板相碰，同時(shí)采煤機(jī)后側(cè)的支架還需要不斷進(jìn)行調(diào)整，滿足支護(hù)可靠性的需求。由于井下綜采環(huán)境較為惡劣，因此傳統(tǒng)的控制方案無(wú)法確保采煤機(jī)和液壓支架運(yùn)行的一致性。

結(jié)合井下綜采作業(yè)流程以及采煤機(jī)、液壓支架的相互配合關(guān)系，提出了一種新的液壓支架跟機(jī)控制方案，首先利用設(shè)置在采煤機(jī)和液壓支架上的紅外線定位裝置及編碼器定位裝置對(duì)采煤機(jī)、液壓支架之間的相互位置狀態(tài)進(jìn)行判定，然后根據(jù)預(yù)設(shè)的支架移架方式來(lái)控制液壓支架的自動(dòng)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)支架組和采煤機(jī)聯(lián)動(dòng)運(yùn)行控制的需求，該支架組跟機(jī)控制流程如圖2所示［2］。

結(jié)合采煤機(jī)割煤方式，經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證，采煤機(jī)運(yùn)行時(shí)其進(jìn)給方向上第7個(gè)支架開(kāi)始進(jìn)行收護(hù)幫板作業(yè)，其機(jī)身后側(cè)低7～11個(gè)支架開(kāi)始進(jìn)行移架，采煤機(jī)機(jī)身后側(cè)第13～16個(gè)支架開(kāi)始進(jìn)行打護(hù)幫板作業(yè)，采煤機(jī)機(jī)身后側(cè)第18～25個(gè)支架進(jìn)行推溜，從而滿足了自動(dòng)跟機(jī)運(yùn)行的控制需求，極大地提升了井下支架跟機(jī)作業(yè)的精確性和安全性。

3 支架控制器結(jié)構(gòu)

支架控制器是井下支架控制的核心，不僅能夠收集支架的運(yùn)行狀態(tài)，為支架的調(diào)整控制提供數(shù)據(jù)支撐，而且還能夠控制支架的實(shí)際運(yùn)行，完成控制系統(tǒng)發(fā)出的各種數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)指令，為了滿足支架控制靈活性和精確性的需求，在支架控制器上設(shè)置了SAC電液控制系統(tǒng)，在接收到智能控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)信號(hào)后，能夠及時(shí)給出調(diào)節(jié)控制指令，滿足自動(dòng)控制的需求，支架控制器的整體結(jié)構(gòu)如圖3所示［3］。

由圖3可知，該支架控制器通過(guò)數(shù)據(jù)總線，將井下所有支架控制器相互連接，通過(guò)支架電液控制系統(tǒng)來(lái)對(duì)液壓支架上的換向閥進(jìn)行控制，滿足對(duì)液壓支架的自動(dòng)控制需求，通過(guò)各類傳感器設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)井下支架支護(hù)狀態(tài)的持續(xù)監(jiān)測(cè)，不僅為系統(tǒng)的調(diào)控提供依據(jù)，而且能夠?qū)χЪ艿恼{(diào)整情況進(jìn)行反饋，滿足精確調(diào)控的需求。

4 刮板輸送機(jī)智能控制

刮板輸送機(jī)主要用于井下物料輸送，傳統(tǒng)的井下刮板輸送機(jī)控制主要是采用了恒速運(yùn)行的方式，但由于井下煤炭開(kāi)采速度波動(dòng)大，會(huì)導(dǎo)致不同時(shí)間段內(nèi)煤炭的開(kāi)采量存在差異，因此使刮板輸送機(jī)的運(yùn)行存在極大的電能浪費(fèi)。結(jié)合井下實(shí)際情況，提出了在刮板輸送機(jī)落煤點(diǎn)處設(shè)置稱重裝置［4-5］，自動(dòng)將落煤量傳輸給智能控制系統(tǒng)，若煤量小于額定量，則降低刮板輸送機(jī)的運(yùn)行速度，若高于額定量則增加刮板輸送機(jī)的運(yùn)行速度，若煤量超過(guò)刮板輸送機(jī)的最大承載值，則系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)采煤機(jī)的綜采作業(yè)速度，進(jìn)而滿足井下物料運(yùn)輸效率和安全性的需求。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明，新的智能控制系統(tǒng)能夠?qū)⒐伟遢斔蜋C(jī)的整體運(yùn)行耗電量降低13.8%，顯著地提升井下物料運(yùn)輸安全性。

煤礦井下智能聯(lián)控系統(tǒng)監(jiān)控界面如圖4所示，根據(jù)在煤礦井下的實(shí)際應(yīng)用可知，新的智能化聯(lián)控綜采技術(shù)能夠?qū)⒕戮C采面作業(yè)人員數(shù)量由40人減少到12人，人員數(shù)量降低70%，將綜采效率提升23.6%，為實(shí)現(xiàn)“無(wú)人化”綜采作業(yè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5 結(jié) 論

（1）智能聯(lián)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)主要包括了地面管理層、井下監(jiān)控層和綜采面設(shè)備層3個(gè)部分，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)井下關(guān)鍵綜采設(shè)備的聯(lián)動(dòng)運(yùn)行控制。

（2）利用紅外線定位裝置及編碼器定位裝置的方式，能夠確保采煤機(jī)和液壓支架定位的精確性，滿足自動(dòng)跟機(jī)控制需求。

（3）新的智能控制系統(tǒng)能夠?qū)⒐伟遢斔蜋C(jī)的整體運(yùn)行耗電量降低13.8%，將井下綜采面作業(yè)人員數(shù)量降低70%，將綜采效率提升23.6%，為實(shí)現(xiàn)“無(wú)人化”綜采作業(yè)奠定基礎(chǔ)。