周小銅

（太原煤氣化（集團）有限責任公司爐峪口煤礦， 山西 太原 030203）

引言

隨著綜采技術的不斷提高，煤礦井下掘進機截割效率和截割穩(wěn)定性成為了限制綜采效率進一步提升的瓶頸。掘進機在截割作業(yè)過程中依靠人工控制搖臂上截割機構的截割狀態(tài)，同時根據(jù)經(jīng)驗判斷掘進機的進給作業(yè)速度，由于井下能見度較低，工人在長時間進機工作后極易出現(xiàn)判斷失誤，影響掘進作業(yè)的質(zhì)量，而且還極易出現(xiàn)截割機構的觸頂損壞事故、截割成型質(zhì)量差等，給煤礦井下的綜采作業(yè)安全和效率均造成了較大的影響[1]。因此，本文研究一種新的掘進機截割機構自動控制系統(tǒng)。

1 掘進機搖臂智能控制系統(tǒng)結(jié)構

針對現(xiàn)有掘進機搖臂控制系統(tǒng)所存在的缺陷，本文提出了一種新的掘進機搖臂智能控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)采用了上位機和下位機聯(lián)動通信控制模式，實現(xiàn)了對掘進機截割作業(yè)的智能控制，該掘進機搖臂智能控制系統(tǒng)整體結(jié)構如圖1 所示[2]。

該掘進機搖臂控制系統(tǒng)主要包括監(jiān)測模塊、控制模塊和執(zhí)行模塊，監(jiān)測模塊主要包括系統(tǒng)內(nèi)的各類位移傳感器、電流傳感器、速度傳感器、電壓傳感器、壓力傳感器等，用于對掘進機掘進作業(yè)過程中搖臂偏轉(zhuǎn)角度、執(zhí)行油缸伸縮量、驅(qū)動電機工作電流、截割滾筒的截割轉(zhuǎn)速等進行實時監(jiān)測，然后根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)所設定的截割機構空間位置與回轉(zhuǎn)角度、油缸伸縮量，驅(qū)動電機電流與截割阻力等之間的關系[3]計算出掘進機搖臂截割作業(yè)時的截割路徑、截割阻力，根據(jù)截割路徑判斷掘進機的巷道截割質(zhì)量是否滿足系統(tǒng)的預設要求，結(jié)合監(jiān)測結(jié)果和實際測量結(jié)果不斷地對截割路徑進行修正，從而確保巷道的截割質(zhì)量。通過對截割阻力的判斷，系統(tǒng)自動對掘進機的截割轉(zhuǎn)速和進給速度進行調(diào)整，在確保截割穩(wěn)定性的情況下提升巷道的掘進速度。該智能控制系統(tǒng)的突出優(yōu)點還在于具有記憶截割功能，可以滿足在較復雜地形條件下的截割作業(yè)需求，降低人工工作量，提高掘進作業(yè)的質(zhì)量和效率。

圖1 掘進機搖臂截割控制系統(tǒng)結(jié)構示意圖

2 掘進機搖臂智能截割控制邏輯

該掘進機搖臂控制系統(tǒng)利用液壓機構驅(qū)動控制搖臂升降和回轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)的執(zhí)行油缸來實現(xiàn)對掘進機搖臂工作狀態(tài)的控制，當掘進機的搖臂執(zhí)行自主智能控制截割時，重點是對掘進過程中搖臂回轉(zhuǎn)時機、回轉(zhuǎn)角度、搖臂的升降高度、流量控制等進行調(diào)整，最終實現(xiàn)對搖臂掘進機構截割路徑的精確控制，滿足巷道掘進質(zhì)量要求，該自動截割控制邏輯如下頁圖2 所示[4]。

圖2 掘進機自動截割控制邏輯示意圖

在該自動截割控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)根據(jù)預設邏輯，判斷出截割機構接下來的運行軌跡后，將搖臂回轉(zhuǎn)機構、搖臂升降機構、流量情況等數(shù)據(jù)信息通過比例放大器轉(zhuǎn)換為控制電信號，實現(xiàn)對各控制數(shù)據(jù)量的實時控制，同時當監(jiān)測系統(tǒng)將監(jiān)測結(jié)果反饋給控制中心后，控制中心自動對各監(jiān)測參數(shù)的偏差情況進行計算，并輸出模擬量調(diào)節(jié)信號，經(jīng)過比例放大后實現(xiàn)對控制機構的閉環(huán)調(diào)節(jié)，滿足在不同情況下的動態(tài)調(diào)節(jié)控制要求，根據(jù)實際測算，采用該控制邏輯后對巷道截割精度小于10 mm，比優(yōu)化前的90 mm 的掘進精度有了顯著的提升。

3 搖臂智能控制系統(tǒng)應用效果

為了對該搖臂控制系統(tǒng)作用下，掘進機截割機構的截割性能進行分析，本文建立了掘進機搖臂智能控制系統(tǒng)模擬實驗平臺[5]，對掘進機搖臂在智能截割控制模式和傳統(tǒng)人工截割控制模式下的效果進行分析，將巷道成型精度、掘進機的掘進截割效率進行對比分析，掘進作業(yè)時的巷道寬度為5 500 mm，高度為6 300 mm，巷道界面為近似拱形截面。

由實際對比分析可知，采用人工調(diào)節(jié)控制模式下，人工的每一次調(diào)節(jié)均會對掘進機截割機構的截割路徑產(chǎn)生較大的影響，使其出現(xiàn)明顯的偏離和波動，當采用智能截割控制模式時，掘進機的截割機構基本上是沿著設定的拋物線的截割軌跡進行截割作業(yè)，整個截割作業(yè)過程中表現(xiàn)出了極高的穩(wěn)定性。同時根據(jù)對完成一次截割作業(yè)所需時間對比，人工截割控制耗時約25 min，采用智能控制截割時，時間約為14.6 min，比優(yōu)化前降低了41.6%，極大地提升了巷道掘進質(zhì)量和效率。

4 結(jié)論

1）新的掘進機搖臂智能控制系統(tǒng)，采用了上位機和下位機聯(lián)動通信控制模式，分為監(jiān)測模塊、控制模塊和執(zhí)行模塊；

2）新的控制系統(tǒng)，能夠?qū)⑾锏莱尚途扔勺畛醯?0 mm，提升到10 mm，顯著提升巷道成型精度；

3）采用新的控制系統(tǒng)，巷道截割作業(yè)過程中穩(wěn)定性高，巷道成型質(zhì)量好，而且成型時間比人工控制提升了41.6%。