趙金升 婁文法 張恩明 趙巧 張新秀

摘 要：隨著高速經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，煤炭資源需求量不斷加大，但一直以來(lái)受開(kāi)采技術(shù)及開(kāi)采成本的限制，薄煤層一直未得到開(kāi)發(fā)利用，這既降低了煤炭開(kāi)采量率，也造成煤炭資源的浪費(fèi)。薄煤層開(kāi)采是未來(lái)煤炭資源的開(kāi)采趨勢(shì)。伴隨著薄煤層裝備的完善，開(kāi)采技術(shù)的提高，一套嶄新的自動(dòng)化薄煤層開(kāi)采技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

關(guān)鍵詞：薄煤層；三機(jī)協(xié)調(diào)；自動(dòng)化控制；聯(lián)動(dòng)控制

中圖分類號(hào)：TD823.251 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）24-0001-02

本文以綜采三機(jī)設(shè)備即采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)為例，通過(guò)對(duì)綜采工藝的理論研究確立綜采三機(jī)在采煤過(guò)程中的聯(lián)動(dòng)關(guān)系，提出了三機(jī)聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)解決方案。

薄煤層的開(kāi)采量?jī)H占全國(guó)總產(chǎn)量的10.4%。究其原因是因?yàn)槟壳氨∶簩拥拈_(kāi)采方式及生產(chǎn)效率不高，經(jīng)濟(jì)效益不明顯。薄煤層的開(kāi)采，不但對(duì)綜采設(shè)備有特殊的要求，而且由于薄煤層工作空間狹小，使得生產(chǎn)效率低、成本高，并且安全隱患大。

薄煤層綜采自動(dòng)化的核心內(nèi)容之一就是通過(guò)對(duì)綜采工作面三機(jī)—采煤機(jī)、液壓支架及刮板輸送機(jī)及其配套設(shè)備進(jìn)行集成，對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)提取和綜合分析，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行控制參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整和匹配，最終實(shí)現(xiàn)薄煤層綜采自動(dòng)化。

1 系統(tǒng)研究背景及意義

目前國(guó)內(nèi)多數(shù)煤礦在系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，沒(méi)有統(tǒng)一考慮系統(tǒng)集成功能，各系統(tǒng)相互獨(dú)立。加之受采掘裝備的差異和技術(shù)研發(fā)缺失的限制，導(dǎo)致薄煤層綜采工作面數(shù)字化集成工作起步較晚。根據(jù)薄煤層開(kāi)采需求及國(guó)家政策信息分析，薄煤層綜采工作面自動(dòng)化裝備發(fā)展前景較好。

通過(guò)薄煤層煤礦綜采工作面三機(jī)（采煤機(jī)、液壓支架及刮板輸送機(jī)）及其配套設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)提取和綜合分析，實(shí)現(xiàn)三機(jī)運(yùn)行控制參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整和匹配，達(dá)到薄煤層三機(jī)協(xié)同控制，進(jìn)行全自動(dòng)化采煤的目標(biāo)。

2 三機(jī)協(xié)調(diào)控制使用新技術(shù)

系統(tǒng)建設(shè)主要包括支架電液控系統(tǒng)、刮板機(jī)控制系統(tǒng)集成、三機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)及三個(gè)主要部分。

2.1 薄煤層液壓支架電液控制系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)

液壓支架電液控制系統(tǒng)是煤礦綜采工作面自動(dòng)化控制系統(tǒng)的核心，是實(shí)現(xiàn)工作面自動(dòng)化生產(chǎn)管理的必要手段。

2.1.1 支架電液控制器

支架電液控制器是液壓支架控制系統(tǒng)的核心設(shè)備，如圖1所示。

支架控制器的主要功能是控制支架的所有動(dòng)作以及支架信息的交換。控制命令可以是操作者通過(guò)鍵操作發(fā)出也可以是根據(jù)采煤機(jī)位置由系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出，傳感器檢測(cè)的實(shí)時(shí)值和用戶設(shè)置的各種參數(shù)是控制過(guò)程實(shí)現(xiàn)的重要條件。

2.1.2 順槽主機(jī)電液控制系統(tǒng)監(jiān)控軟件

液壓支架電液控制系統(tǒng)主機(jī)主要實(shí)現(xiàn)液壓支架推移行程、支柱壓力、推進(jìn)位置、動(dòng)作狀態(tài)等信息的采集、存儲(chǔ)和顯示。同時(shí)，能夠通過(guò)上位機(jī)軟件對(duì)任意支架的姿態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

2.2 薄煤層刮板運(yùn)輸機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)集成技術(shù)設(shè)計(jì)

通過(guò)檢測(cè)刮板運(yùn)輸機(jī)在電機(jī)負(fù)荷參數(shù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)采煤機(jī)割煤速度和液壓支架推溜過(guò)程，以刮板運(yùn)輸機(jī)出煤運(yùn)量最大化為控制目標(biāo)，進(jìn)行采煤機(jī)和液壓支架的聯(lián)動(dòng)控制，最大程度的提高薄煤層工作面的煤炭生產(chǎn)效率。

監(jiān)控裝置主要完成對(duì)刮板運(yùn)輸機(jī)的開(kāi)停狀態(tài)、電機(jī)工作電壓、電機(jī)工作電流等工礦參數(shù)的檢測(cè)，并將這些參數(shù)遠(yuǎn)程傳輸給三機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)，作為三機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)的分析數(shù)據(jù)之一。同時(shí)裝置本身可以實(shí)現(xiàn)對(duì)刮板運(yùn)輸機(jī)開(kāi)停狀態(tài)的控制，也可由三機(jī)協(xié)同控制器完成對(duì)刮板運(yùn)輸機(jī)的遠(yuǎn)程開(kāi)?？刂?。

2.3 薄煤層三機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)

采煤工作面設(shè)計(jì)三機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)一套，該主要由兩部分組成：協(xié)同控制軟件平臺(tái)及該平臺(tái)可承載的硬件平臺(tái)。系統(tǒng)框圖，如圖2所示。

2.3.1 三機(jī)協(xié)同硬件平臺(tái)

硬件平臺(tái)可以由隔爆兼本安計(jì)算機(jī)作為控制終端，使用綜合接入網(wǎng)關(guān)收集三個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并可以對(duì)任意系統(tǒng)發(fā)出控制指令，綜合接入與控制裝置接入采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、液壓支架監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)、刮板運(yùn)輸機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，在協(xié)同控制軟件平臺(tái)上將三機(jī)數(shù)據(jù)以及人機(jī)輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合融合處理，并依據(jù)協(xié)同控制策略做出決策，對(duì)采煤機(jī)、液壓支架以及刮板運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行有序的協(xié)同動(dòng)作控制?？刂频男Ч梢酝ㄟ^(guò)顯示設(shè)備進(jìn)行就地顯示，以便在特殊情況下，便于人工通過(guò)人機(jī)輸入設(shè)備進(jìn)行人工干預(yù)，保證系統(tǒng)的正常安全可靠運(yùn)行。

該系統(tǒng)除了可以進(jìn)行綜采設(shè)備的協(xié)同控制之外還可以將采集到的數(shù)據(jù)、動(dòng)作過(guò)程、控制結(jié)果等通過(guò)礦井綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)降孛嬷行恼{(diào)度室，供地面調(diào)閱。

2.3.2 三機(jī)協(xié)同控制軟件平臺(tái)

三機(jī)協(xié)同控制軟件平臺(tái)是三機(jī)協(xié)同控制模型的思想體現(xiàn)，也是整個(gè)系統(tǒng)的核心軟件。

系統(tǒng)可有效提高生產(chǎn)效率及工程質(zhì)量，降低避免安全事故的發(fā)生。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

①靈活易維護(hù)性：控制規(guī)律靈活多樣，改動(dòng)方便。

②高精度：控制精度高，抑制擾動(dòng)能力強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。

③動(dòng)態(tài)可分析：能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和工況顯示，控制效率高。

④安全制約性：控制與管理一體化，進(jìn)一步提高自動(dòng)化協(xié)調(diào)控制程度。

⑤高集成性：采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，用主干網(wǎng)線橫穿工作面，既簡(jiǎn)化系統(tǒng)布線，又降低了總體投入。

⑥高可靠性：全系統(tǒng)本安化設(shè)計(jì)， 核心產(chǎn)品防護(hù)等級(jí)為IP67，系統(tǒng)具有高可靠性。

4 經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益

其帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益明顯，首先可以降低人力成本、減少企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，其次可以提高煤礦可采煤層的回采率，增加可利用資源，進(jìn)而提高礦井可采資源量。社會(huì)效益上，可以有力保障礦井安全生產(chǎn)與效率的提升。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文剖析了采煤機(jī)、液壓支架和刮板保送機(jī)之間的束縛聯(lián)系關(guān)系，進(jìn)而研討了工作面“三機(jī)”任務(wù)協(xié)調(diào)控制解決方案，為煤礦“機(jī)械化換人，自動(dòng)化減人”政策奠定基礎(chǔ)，為煤礦安全高效生產(chǎn)提供保障。

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