王曉東

（西山煤電馬蘭礦機(jī)電科， 山西 太原 030205）

引言

隨著綜采技術(shù)的不斷提升，以采煤機(jī)為代表的煤礦井下綜采作業(yè)設(shè)備的應(yīng)用范圍不斷加大，顯著提升了煤礦井下的綜采作業(yè)效率。由于煤礦井下的自然環(huán)境高塵、高濕、能見(jiàn)度低，導(dǎo)致采煤機(jī)操作人員在進(jìn)行截割作業(yè)時(shí)很難準(zhǔn)確判斷采煤機(jī)截割機(jī)構(gòu)的截割路徑和位置，極易出現(xiàn)漏采或者采煤機(jī)的截割機(jī)構(gòu)觸頂折斷事故，不僅會(huì)導(dǎo)致井下停產(chǎn)，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)對(duì)綜采面作業(yè)人員的作業(yè)安全帶來(lái)較大的隱患[1]。因此本文提出了一種采煤機(jī)截割軌跡自動(dòng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)采用以記憶截割為核心的調(diào)節(jié)控制邏輯，能夠滿足采煤機(jī)在惡劣工況下的自動(dòng)截割路徑規(guī)劃需求。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明，該截割軌跡自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠極大地提升采煤機(jī)綜采作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性和精確性，有效的提升綜采作業(yè)效率和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)提升煤礦井下的綜采作業(yè)安全具有十分重大的意義。

1 記憶截割原理

采煤機(jī)記憶截割控制是一種新興的截割軌跡自動(dòng)調(diào)整控制技術(shù)，該控制方案的優(yōu)點(diǎn)在于能夠較好的適應(yīng)煤礦井下復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，確保采煤機(jī)在截割作業(yè)時(shí)的安全性和穩(wěn)定性，該記憶截割控制原理如圖1 所示[2]。

由圖1 可知，采煤機(jī)截割記憶控制的原理在于，在綜采作業(yè)時(shí)，首先由人工控制采煤機(jī)的截割機(jī)構(gòu)沿著綜采作業(yè)方向先進(jìn)行截割作業(yè)，將采煤機(jī)截割機(jī)構(gòu)在工作過(guò)程中不同位置（A1、B1、C1、…）綜采作業(yè)時(shí)截割滾筒的高度、采煤機(jī)的行程、采煤機(jī)的工作姿態(tài)、運(yùn)行速度、截割速度等進(jìn)行記錄，然后再進(jìn)行切割時(shí)使采煤機(jī)按照A2=A1、B2=B1、C2=C1的方案執(zhí)行自主截割軌跡調(diào)控作業(yè)，如此反復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)截割機(jī)構(gòu)在井下綜采作業(yè)過(guò)程中截割軌跡的自動(dòng)調(diào)整控制[3]。當(dāng)遇到綜采作業(yè)的煤層條件復(fù)雜時(shí)，可由人工進(jìn)行控制，根據(jù)實(shí)際情況改變采煤機(jī)的截割路徑軌跡，圖中X方向表示采煤機(jī)的綜采作業(yè)方向，Y方向表示采煤機(jī)的進(jìn)刀的方向，Z方向表示采煤機(jī)的煤層厚度方向。

圖1 煤礦井下采煤機(jī)記憶截割控制原理

2 采煤機(jī)截割軌跡自動(dòng)調(diào)控方案

煤礦井下采煤機(jī)綜采作業(yè)時(shí)截割軌跡自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)的控制方案如下頁(yè)圖2 所示。該系統(tǒng)的核心在于自適應(yīng)修正控制模塊，該模塊以記憶截割為邏輯修正控制原理[4]。采煤機(jī)在執(zhí)行截割作業(yè)的過(guò)程中，首先由控制系統(tǒng)控制采煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，由采煤機(jī)上設(shè)置的各類傳感器設(shè)備對(duì)采煤機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的位置、進(jìn)給速度、截割速度等進(jìn)行監(jiān)控，將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通過(guò)A/D 轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換，然后將偏差結(jié)果返回到控制系統(tǒng)內(nèi)，控制系統(tǒng)則通過(guò)調(diào)整調(diào)高控制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)液壓調(diào)高控制系統(tǒng)的調(diào)整，同時(shí)自適應(yīng)修正控制模塊又能夠根據(jù)記憶截割控制邏輯，對(duì)目前采煤機(jī)的位置、速度、高度、姿態(tài)等和記憶路徑數(shù)據(jù)信息進(jìn)行對(duì)比，確定各點(diǎn)位的調(diào)整控制參數(shù)，以修正信號(hào)的形式返回到采煤機(jī)的調(diào)高液壓控制系統(tǒng)內(nèi)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)截割軌跡自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)的控制[5]。同時(shí)在控制過(guò)程中系統(tǒng)會(huì)根據(jù)采煤機(jī)截割滾筒的截割受力情況對(duì)采煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，當(dāng)超出可調(diào)節(jié)范圍時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒作業(yè)人員進(jìn)行人工控制調(diào)節(jié)。

圖2 采煤機(jī)截割軌跡自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3 采煤機(jī)截割軌跡自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)調(diào)控效果

為了對(duì)采煤機(jī)在綜采作業(yè)過(guò)程中的截割軌跡自動(dòng)調(diào)控效果進(jìn)行分析，本文以采煤機(jī)試驗(yàn)樣機(jī)為對(duì)象，對(duì)其綜合控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，使其滿足采煤機(jī)截割軌跡自動(dòng)調(diào)整控制的要求，以采煤機(jī)運(yùn)行過(guò)程中截割滾筒最高點(diǎn)的實(shí)際運(yùn)行路徑和理論軌跡之間的符合性進(jìn)行分析，結(jié)果如圖3 所示。

由實(shí)際驗(yàn)證結(jié)果可知，采用該采煤機(jī)截割軌跡自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)時(shí)，在采煤機(jī)800 mm 的綜采掘進(jìn)過(guò)程中，截割滾筒最高點(diǎn)處的截割高度變化的最大值約為0.2 m，約為實(shí)際截割作業(yè)高度的3.23%，而在同樣條件下800 m 的作業(yè)長(zhǎng)度內(nèi)，采煤機(jī)截割滾筒的截割作業(yè)高度的偏差可以達(dá)到0.8 m，優(yōu)化后比優(yōu)化前降低了78%，而且為無(wú)人自動(dòng)化智能截割作業(yè)，極大的提升了綜采作業(yè)的效率和安全性，是實(shí)現(xiàn)煤礦井下無(wú)人化綜采作業(yè)的核心。

圖3 采煤機(jī)截割軌跡自動(dòng)調(diào)整效果曲線

4 結(jié)論

1）采煤機(jī)記憶截割控制是一種新興的截割軌跡自動(dòng)調(diào)整控制技術(shù)，能夠較好的適應(yīng)煤礦井下復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，確保采煤機(jī)在截割作業(yè)時(shí)的安全性和穩(wěn)定性；

2）煤機(jī)截割軌跡自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)時(shí)，截割滾筒在截割高度方向上的偏差比優(yōu)化前降低了78%，而且為無(wú)人自動(dòng)化智能截割作業(yè)，是實(shí)現(xiàn)煤礦井下無(wú)人化綜采作業(yè)的核心。