閆萬俊

（山西焦煤集團汾西礦務(wù)局中興煤業(yè)， 山西 晉中 030500）

引言

目前井下作業(yè)人員在對液壓支架的占位進(jìn)行調(diào)節(jié)時，普遍依靠作業(yè)人員目測液壓支架與采煤機之間的占位進(jìn)行調(diào)整，但井下工作環(huán)境惡劣，經(jīng)常造成因液壓支架與采煤機相對位置不一致導(dǎo)致落石事故，不僅帶來了極大的安全隱患，而且嚴(yán)重影響了煤礦井下的綜采效率，因此，應(yīng)快速準(zhǔn)確地確定采煤機在井下的相對位置。

1 紅外監(jiān)測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

該紅外位置監(jiān)測系統(tǒng)主要由紅外線發(fā)生系統(tǒng)和接收系統(tǒng)構(gòu)成，將發(fā)射系統(tǒng)固定在采煤機截割滾筒與機身結(jié)合的靜止位置，將接收系統(tǒng)設(shè)置在井下巷道內(nèi)的各個液壓支架上，采煤機在移動過程中紅外信號不斷根據(jù)采煤機的運行情況變化，根據(jù)接收系統(tǒng)接收到的紅外信號所處的液壓支架位置即可判斷出采煤機相對液壓支架群的位置，以此來判斷各液壓支架需要執(zhí)行的動作。該監(jiān)測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在該系統(tǒng)中，間架控制器的主要作用是對相鄰的液壓支架的動作進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，在工作時監(jiān)測系統(tǒng)將采煤機在巷道內(nèi)的空間坐標(biāo)信號發(fā)送給正對著采煤機的間架控制器，以此作為各液壓支架動作的基準(zhǔn)，同時該控制器還可以直接控制液壓支架的動作，并記錄液壓支架的狀態(tài)，傳遞給監(jiān)測系統(tǒng)的PLC控制中心，使地面控制中心的工作人員遠(yuǎn)程監(jiān)測液壓支架相對于采煤機的位置，人工控制液壓支架的運行和調(diào)整[2]。

2 紅外監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理

圖1 紅外監(jiān)測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

圖2 紅外監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理示意圖

該系統(tǒng)紅外監(jiān)測裝置的工作原理如圖2所示，當(dāng)位于液壓支架上的紅外接收器接收到采煤機上所發(fā)出的紅外信號后，經(jīng)過調(diào)制系統(tǒng)的調(diào)制處理，轉(zhuǎn)換為與PLC裝置所匹配的電流信號，由于信號在深入PLC模塊的A/D端口時其信號量值較低，而經(jīng)過A/D端口的轉(zhuǎn)換后其量值增加較大，利用該信息轉(zhuǎn)換的差值可將經(jīng)過A/D端口轉(zhuǎn)換的數(shù)字量信號設(shè)定為系統(tǒng)的臨界值，超過該臨界值則說明采煤機與該液壓支架相對位置滿足液壓支架的動作要求，若低于該臨界值則說明該采煤機與液壓支架的相對站位不滿足液壓支架的動作要求，需進(jìn)一步調(diào)整。

由于采煤機在實際工作時的進(jìn)給速度相對較慢，約為5 m/min，而相鄰液壓支架的間距約為2 000 mm，紅外監(jiān)測系統(tǒng)完成一個檢測和控制流程所需時間遠(yuǎn)小于采煤機經(jīng)過液壓支架的時間，因此完全滿足監(jiān)測和調(diào)整要求[3]。

3 紅外位置監(jiān)測軟件控制系統(tǒng)設(shè)計

該監(jiān)測系統(tǒng)的軟件控制邏輯如圖3所示：

圖3 紅外位置監(jiān)測控制邏輯示意圖

由圖3可知，該系統(tǒng)的軟件控制邏輯中，首先對所有的控制端口進(jìn)行檢測是否進(jìn)入穩(wěn)定工作模式，然后系統(tǒng)以定時器的溢出為啟動PLC模塊的采樣信號，控制系統(tǒng)每隔10 ms發(fā)出一次采樣中斷信號。

系統(tǒng)在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時，以每10組的數(shù)據(jù)為一個基準(zhǔn)，對其求平均值作為最終的數(shù)據(jù)采樣結(jié)果，以避免井下惡劣的工作環(huán)境所帶來的數(shù)據(jù)采樣失真。在系統(tǒng)穩(wěn)定運行并進(jìn)入到PLC采樣間隔發(fā)送程序后，PLC系統(tǒng)首先對數(shù)據(jù)的采用次數(shù)進(jìn)行檢查，若采樣次數(shù)小于系統(tǒng)規(guī)定的最小采樣次數(shù)，則PLC系統(tǒng)開始重新進(jìn)行一次啟動轉(zhuǎn)換，并將采集到的數(shù)據(jù)保存在相應(yīng)的緩存區(qū)，待采樣次數(shù)滿足要求后進(jìn)行求解并傳輸，系統(tǒng)對采樣結(jié)果進(jìn)行判定，若采樣結(jié)果的平均值大于系統(tǒng)設(shè)定的臨界值則說明滿足調(diào)整要求，若小于臨界值則說明不滿足位置調(diào)整要求，需進(jìn)一步的調(diào)整。

4 紅外線位置檢測系統(tǒng)的試驗驗證

本文利用手推車裝置模擬運動中的采煤機，利用設(shè)置在固定位置，間隔2 000 mm的柱腳模擬液壓支架，將手推車以5 m/min的速度移動，其模擬示意圖如圖4所示。

圖4 紅外監(jiān)測系統(tǒng)的模擬試驗

PLC系統(tǒng)A/D端口的轉(zhuǎn)換后其量值為4 000，因此設(shè)定該模擬系統(tǒng)的臨界控制數(shù)字量為4 000，當(dāng)系統(tǒng)接收到的轉(zhuǎn)換數(shù)值低于4 000時發(fā)出報警信號，說明未調(diào)整到位，當(dāng)轉(zhuǎn)換數(shù)值高于4 000時可進(jìn)行轉(zhuǎn)換。根據(jù)現(xiàn)場驗證結(jié)果，該紅外線位置檢測系統(tǒng)能夠有效地對采煤機和液壓支架的相對位置進(jìn)行判斷，具有檢測精度高、調(diào)整速度快的優(yōu)點，完全滿足煤礦井下液壓支架和采煤機位置檢測要求[4]。

5 結(jié)論

1）該紅外監(jiān)測系統(tǒng)能夠根據(jù)實際情況對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行多次核實分析，能有效避免井下惡劣環(huán)境導(dǎo)致的誤判情況，提升了對采煤機站位判斷的準(zhǔn)確性。

2）該紅外監(jiān)測系統(tǒng)在工作中能夠及時捕捉紅外線信號，并對采煤機和液壓支架的相對位置進(jìn)行判斷，位置監(jiān)測精度高、速度快。