高振華

（霍州煤電辛置煤礦生產(chǎn)技術(shù)科， 山西 霍州 031412）

引言

目前，我國已能提供中低端系列煤機裝備，但高端煤機裝備與國外發(fā)達國家相比尚存在較大差距。通過對煤層識別、井下雙向通信、狀態(tài)監(jiān)測、遠程控制、三機協(xié)調(diào)控制等關(guān)鍵技術(shù)的研究，開發(fā)出采煤機智能控制系統(tǒng)，研制出年產(chǎn)千萬噸大采高智能采煤機，可以實現(xiàn)工作面煤機裝備的智能化控制和自動化生產(chǎn)，達到煤礦綜采工作面減人、少人的目的[1]。

年產(chǎn)千萬噸大采高數(shù)字智能化采煤機由辛置煤礦牽頭，聯(lián)合各大高校協(xié)同合作攻關(guān)，通過研發(fā)采煤機智能控制系統(tǒng)，開發(fā)關(guān)鍵核心智能裝置，實現(xiàn)了對采煤機的智能化控制，可以對工作狀態(tài)進行實時監(jiān)測監(jiān)控，對設(shè)備故障進行自動預警診斷，同時對煤層進行智能化識別。

1 采煤機主要技術(shù)參數(shù)

裝機總功率：2860（2660）kW；截割功率：1100（1000）kW；最大采高：7.0 m；最大牽引速度：26.6（30）m/min；最大工作牽引速度：12.3 m/min；最大牽引力：1756 kN；生產(chǎn)能力：≥4500 t/h；自動調(diào)高控制最大誤差：＜10mm；機身傾角檢測精度：＜0.7°；遠程通信接口：10/100 M以太網(wǎng)；遠程控制最大距離：600 m；遠程控制總響應(yīng)時間：＜500 ms；整機質(zhì)量：165 t[2]。

2 采煤機關(guān)鍵技術(shù)的分析

2.1 采煤機狀態(tài)監(jiān)測、預警、診斷技術(shù)

該采煤機對于工作狀態(tài)監(jiān)測的實現(xiàn)主要是利用多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)，具體監(jiān)測系統(tǒng)示意圖如圖1所示。事先安裝的傳感檢測單元可以對采煤機相應(yīng)的部件進行數(shù)據(jù)采集，再通過監(jiān)測系統(tǒng)進行快速診斷和預警，同時還可以查看設(shè)備的可查看歷史故障記錄[3]。

電器監(jiān)測：對供電電壓、電機電流和溫度、變頻器工作狀態(tài)等參數(shù)進行監(jiān)測。液壓及水路系統(tǒng)監(jiān)測：對油箱液位、油箱溫度、油高壓壓力系統(tǒng)進行監(jiān)測。機械傳動系統(tǒng)監(jiān)測：對左右截割部—軸溫度、牽引傳動箱—軸溫度、旋轉(zhuǎn)編碼器（滾筒高度）、旋轉(zhuǎn)編碼器（煤機位置）、搖臂高低速軸承振動進行監(jiān)測。

監(jiān)測系統(tǒng)安裝了三相電流互感器、絕緣監(jiān)測模塊、PD100傳感器，從而完成電機的過載減速、重載反牽、漏電閉鎖及過溫等保護，對采煤機各個電機的狀態(tài)進行實時監(jiān)測、自動診斷并做出相應(yīng)預警提示。安裝在電纜夾的稱重傳感器，對電纜張力監(jiān)測和保護。系統(tǒng)能實現(xiàn)對搖臂高速腔、牽引傳動箱高速腔及泵站的油溫進行監(jiān)測、報警和保護，對泵站油位監(jiān)測與報警，對調(diào)高系統(tǒng)高、低壓油壓壓力進行監(jiān)測，對冷卻水、左右內(nèi)噴霧壓力流量進行實時監(jiān)測、預警。采煤機電氣系統(tǒng)實時對其內(nèi)部各個傳感器部件與PLC和DSP架構(gòu)的監(jiān)測系統(tǒng)的通信狀態(tài)進行監(jiān)測，直觀地給出各個傳感器的通信狀態(tài)。

圖1 數(shù)字智能化采煤機監(jiān)測系統(tǒng)示意圖

2.2 滾筒高度自動調(diào)節(jié)技術(shù)

用高精度旋轉(zhuǎn)編碼器測量采煤機搖臂與機身的相對角度，利用油缸位置傳感器測量控制搖臂升降油缸的實際伸縮量，將數(shù)據(jù)進行采集和傳輸后，到達DSP處理器進行下一步的綜合處理。同時采煤機傾角陀螺儀記錄的相應(yīng)數(shù)據(jù)，可以準確得到采煤機的滾筒高度。利用采集信息和歷史數(shù)據(jù)進行比對，建立地質(zhì)模型進行運算，自動設(shè)定采高的目標值。滾筒高度自動調(diào)節(jié)可見圖2所示。

圖2 自動調(diào)高控制示意圖

2.3 牽引速度自動調(diào)節(jié)技術(shù)

順槽集控平臺收集液壓支架支護、移動狀態(tài)和運輸機負載的煤流相關(guān)參數(shù)，結(jié)合采煤機位置，給采煤機發(fā)出牽引速度的目標信號。將采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)紻SP處進行處理運算，得到相應(yīng)的位置，同時結(jié)合截割電機、牽引電機的負載電流和溫度信號一同進行處理。由順槽集控平臺做出相應(yīng)的牽引指令，采煤機DSP處理器接收到指令后，控制牽引電機轉(zhuǎn)速，自動連續(xù)平滑達到給定速度（變頻器也實時采集電機參數(shù)并通過DSP處理器反饋給順槽集控平臺）。

2.4 采煤機定位與煤層識別技術(shù)

該采煤機通過建立工作面煤層的三維數(shù)字化GIS模型來實現(xiàn)對采煤機的絕對定位，根據(jù)相應(yīng)的監(jiān)測結(jié)果，能自動計算出采煤機區(qū)域當有刀煤厚值和下幾刀煤厚值，同時利用歷史數(shù)據(jù)可以對后采區(qū)域進行相應(yīng)的截割預測，從而實現(xiàn)煤層的自動識別[4]。

3 實踐應(yīng)用分析

研制出的千萬噸級智能采煤機在霍州煤電集團辛置煤礦成功進行了應(yīng)用實踐，實現(xiàn)了采煤工作面設(shè)備智能化控制及自動化生產(chǎn)，提升整個綜采設(shè)備行業(yè)的智能化水平，促進國內(nèi)智能成套綜采工作面的國產(chǎn)化，具有良好的經(jīng)濟、社會效益和推廣示范作用價值[5]。

1）經(jīng)濟效益。該智能采煤機的使用，實現(xiàn)了工作面自動化生產(chǎn)，使煤炭企業(yè)實現(xiàn)了減人增效，工作面跟班人員減至1/3；節(jié)約了人力資源成本，該采煤機每年可生產(chǎn)原煤1000萬t，為煤炭企業(yè)新增產(chǎn)值40億元。

2）社會效益。該智能采煤機實現(xiàn)了全自動化采煤，對于采煤機的研發(fā)具有很好的參考意義。

4 結(jié)論

該設(shè)備在霍州煤電集團辛置煤礦得到了實踐應(yīng)用，設(shè)備運行正常、平穩(wěn)可靠，各項技術(shù)指標、智能化功能均達到了項目的要求，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟效益和社會效果，可以進行推廣應(yīng)用。