刮板輸送機(jī)煤量分布計(jì)算及煤層高度控制

劉建偉

（寧夏天地奔牛實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，寧夏銀川 750000）

0 引言

工作面刮板輸送機(jī)是整個(gè)井下采煤工作面最重要的煤炭輸送設(shè)備之一，采煤量并不是均勻的，經(jīng)常出現(xiàn)某一段很多煤，某一段煤量很少的情況，這種不均勻的分布對(duì)于刮板輸送機(jī)來(lái)說(shuō)輸出不穩(wěn)定，而且現(xiàn)有技術(shù)大多都是根據(jù)刮板輸送機(jī)上的煤量調(diào)節(jié)速度。綜采工作面煤流負(fù)荷量是一個(gè)難以測(cè)量的數(shù)值，通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)手段要精確測(cè)量該數(shù)值，需投入大量人力物力進(jìn)行研究，同時(shí)又因?yàn)榫聦?shí)際情況極為復(fù)雜，工程安裝設(shè)計(jì)也較為困難，因此采用自動(dòng)控制理論中的模式識(shí)別來(lái)進(jìn)行工作面煤流負(fù)荷量的預(yù)測(cè)判斷，通過(guò)對(duì)采煤機(jī)位置、采煤機(jī)切割電流、采煤機(jī)運(yùn)行速度、采煤機(jī)行進(jìn)方向、刮板機(jī)自身轉(zhuǎn)矩5 參數(shù)研究分析，建立起理論上刮板機(jī)煤流負(fù)荷量的模型和算法，并通過(guò)模型計(jì)算結(jié)果，給出刮板機(jī)合理的運(yùn)行速度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)刮板機(jī)上煤層高度的控制。

1 刮板運(yùn)輸機(jī)負(fù)荷及工作面出煤量的計(jì)算

根據(jù)工作面實(shí)際開(kāi)采情況，可以估算出采煤機(jī)割煤的煤量，用下述公式進(jìn)行描述。

Qc=VcHBρ

其中Qc 為采煤機(jī)割煤量，Vc 為采煤機(jī)速度，H為采高，B 為煤機(jī)截深，ρ 為煤比重。假設(shè)采煤機(jī)割煤的裝煤量與支架推溜裝煤量的比值為系數(shù)Kc，則采煤機(jī)割煤時(shí)的實(shí)時(shí)裝煤量Q為：

Q=Kc×Qc

也可以推算出單個(gè)液壓支架滿行程推溜的裝煤量如下：

Qs=（1-Kc）×LHBρ÷N

其中L 為工作面總長(zhǎng)，N 為液壓支架數(shù)，由此可獲得工作面煤流負(fù)荷量的簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)模型。

2 影響工作面煤流負(fù)荷量的因素

工作面煤流負(fù)荷量雖難以計(jì)算，但其與采煤機(jī)及液壓支架的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)如表1：

表1 影響工作面煤流負(fù)荷量的因素

從數(shù)據(jù)積累記錄可以基本確定這三個(gè)參數(shù)相互關(guān)聯(lián)，可以通過(guò)模型和算法找出其關(guān)系。如下圖為三參數(shù)的數(shù)據(jù)曲線，數(shù)據(jù)圖中曲線1 為采煤機(jī)速度、曲線2 為采煤機(jī)位置、曲線3 為運(yùn)輸機(jī)電流，再通過(guò)收集其他參數(shù)信息，可以建立起相關(guān)的數(shù)學(xué)模型。

3 刮板機(jī)煤層分布計(jì)算方法

根據(jù)采煤機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)信息和刮板機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)信息計(jì)算得到一個(gè)時(shí)間段實(shí)時(shí)的煤量，根據(jù)計(jì)算得到一個(gè)時(shí)間段實(shí)時(shí)的煤量接著得到該時(shí)間段刮板機(jī)上實(shí)時(shí)的煤層高度，并產(chǎn)生實(shí)時(shí)的煤層高度信號(hào)，將實(shí)時(shí)的煤層高度信號(hào)傳送給比較模塊；根據(jù)以下數(shù)學(xué)模型公式得出煤量信息得到在一個(gè)時(shí)間段3T 內(nèi)，采煤機(jī)的采煤量Q：

圖1 采煤機(jī)位置、速度與運(yùn)輸機(jī)電流的關(guān)系

Q=k2(X-ΔX)*(H-ΔH)*V1平*3T*ρ)

也可以根據(jù)下述公式得到在一個(gè)時(shí)間段3T 內(nèi)，采煤機(jī)的采煤量Q：

Q=k2((X-ΔX)*(H-ΔH)*V1平*3T*ρ-Q2))

其中k2是設(shè)定的其他影響因子造成的煤量損失值，x是采煤機(jī)割深，△x是設(shè)定的液壓柱推進(jìn)造成的誤差值，h是采煤機(jī)割高，△h是設(shè)定的采煤機(jī)刀頭上下波動(dòng)造成的誤差值，ρ是設(shè)定的煤層的密度值，V1平是采煤機(jī)平均速度、采煤機(jī)電流變化造成的煤量誤差，Q2是根據(jù)公式Q2==k1得到，k1是采煤量的影響因子，△I是采煤機(jī)電流的變化量。

最優(yōu)的，所述計(jì)算模塊將計(jì)算得到一個(gè)時(shí)間段實(shí)時(shí)的煤量代入以下公式得到實(shí)時(shí)的煤層高度h：

其中ρ 是設(shè)定的煤層的密度值，V2是刮板機(jī)速度，d是設(shè)定的刮板機(jī)的寬度值。

4 刮板機(jī)煤層分布計(jì)算及煤層高度控制

采煤機(jī)參數(shù)采集模塊實(shí)時(shí)采集采煤機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并產(chǎn)生采煤機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)信息，將采煤機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)信息傳送給計(jì)算模塊，刮板機(jī)參數(shù)采集模塊實(shí)時(shí)采集刮板機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并產(chǎn)生刮板機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)信息，將刮板機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)信息傳送給計(jì)算模塊，計(jì)算模塊計(jì)算得到一個(gè)時(shí)間段實(shí)時(shí)的煤量，得到該時(shí)間段刮板機(jī)上實(shí)時(shí)的煤層高度，并產(chǎn)生實(shí)時(shí)的煤層高度信號(hào)，將實(shí)時(shí)的煤層高度信號(hào)傳送給比較模塊；比較模塊根據(jù)每個(gè)采樣周期內(nèi)刮板機(jī)上實(shí)時(shí)的煤層高度與設(shè)定煤層高度進(jìn)行比較，刮板機(jī)速度控制模塊響應(yīng)比較模塊發(fā)出的信號(hào)后改變刮板機(jī)的運(yùn)行速度，達(dá)到控制刮板機(jī)煤層高度，保持刮板輸送機(jī)上煤均勻分布的目的。其控制流程如下：

圖2

5 結(jié)論及存在的問(wèn)題

該控制方法和控制策略作為刮板機(jī)煤量的控制，能夠大幅提高刮板機(jī)的煤量和功率的效能最大化。在后期的應(yīng)用過(guò)程中由于各個(gè)煤礦工況條件千差萬(wàn)別，實(shí)際使用過(guò)中需要先期進(jìn)行人為修正模型，隨著系統(tǒng)自學(xué)習(xí)和自判斷的完善和大數(shù)據(jù)的積累，該計(jì)算方法和控制方法必將會(huì)發(fā)揮更好的效果。