張獻(xiàn)軍

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司望云煤礦分公司， 山西 晉城 048411）

引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)煤礦井下綜采作業(yè)中綜采機(jī)械化水平相對(duì)較低，而且已經(jīng)投入使用的刮板輸送機(jī)、采煤機(jī)、液壓支架等大型綜采作業(yè)設(shè)備均為孤島式作業(yè)，沒有形成統(tǒng)一的聯(lián)動(dòng)控制，智能化程度低，大量人工在綜采面進(jìn)行作業(yè)時(shí)也面臨著瓦斯突出、塵肺病、塌方等意外事故和職業(yè)病的威脅，給井下綜采作業(yè)安全和效率造成了極大的影響[1]。因此分析研究一種新的煤礦井下高效綜采作業(yè)技術(shù)。

1 井下高效綜采作業(yè)的控制方案

根據(jù)分析，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上要進(jìn)一步提升綜采作業(yè)的效率和經(jīng)濟(jì)性，要從減少煤礦井下綜采作業(yè)人員，提升各設(shè)備之間的調(diào)整效率入手，因此本文提出了煤礦井下高效綜采作業(yè)控制方案，將采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架，以采煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)為核心，實(shí)現(xiàn)以采煤機(jī)為中心的綜采設(shè)備的聯(lián)合運(yùn)行控制。井下高效聯(lián)合綜采作業(yè)控制方案如圖1 所示[2]。

由圖1 可知，在該高效綜采作業(yè)控制方案中，聯(lián)合控制主要通過“三機(jī)”聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)和煤礦井下的各液壓支架控制器共同實(shí)現(xiàn)，設(shè)置在采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)上的傳感器設(shè)備對(duì)“三機(jī)”的運(yùn)行狀態(tài)、相互位置等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，然后將監(jiān)測(cè)結(jié)果傳輸給聯(lián)動(dòng)控制器，聯(lián)動(dòng)控制器根據(jù)各設(shè)備之間的相互位置狀態(tài)通過判斷后向各執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出調(diào)節(jié)控制指令，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合運(yùn)行控制。具體來說首先各液壓支架上的支架控制器通過紅外位置傳感器對(duì)采煤機(jī)之間的位置關(guān)系進(jìn)行判斷，刮板輸送機(jī)則通過電流傳感器將負(fù)載信息傳遞給系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制器，聯(lián)動(dòng)控制器綜合分析后，對(duì)液壓支架的收放護(hù)幫板、降柱、移架進(jìn)行自動(dòng)控制，通過調(diào)整刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷自適應(yīng)運(yùn)行，滿足聯(lián)合控制需求。

圖1 煤礦井下高效綜采作業(yè)控制結(jié)構(gòu)示意圖

2 刮板輸送機(jī)與采煤機(jī)的智能匹配控制方案

采煤機(jī)在綜采作業(yè)過程中的綜采作業(yè)速度決定了與之匹配的刮板輸送機(jī)的煤炭的輸送量，傳統(tǒng)的控制方案中主要是將刮板輸送機(jī)設(shè)置為最大運(yùn)量工況，滿足采煤機(jī)在最大綜采作業(yè)能力下的綜采作業(yè)需求，但由于采煤機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中會(huì)受到各類因素的影響，其綜采能力呈現(xiàn)了較大的變化，刮板輸送機(jī)長(zhǎng)期處于“大馬拉小車”的狀態(tài)，而且由于采煤機(jī)為人工控制運(yùn)行，無法及時(shí)將采煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)傳遞給刮板輸送機(jī)，導(dǎo)致刮板輸送機(jī)也無法及時(shí)對(duì)工作情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。

本文提出了一種刮板輸送機(jī)—采煤機(jī)智能匹配的控制系統(tǒng)[3]，以刮板輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的工作電流為信號(hào)來作為實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)行的基礎(chǔ)，利用各類傳感器設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)綜采作業(yè)時(shí)的位置、截割轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)結(jié)果傳遞給匹配控制中心，對(duì)采煤機(jī)下一階段的綜采作業(yè)狀態(tài)和割煤量進(jìn)行預(yù)測(cè)，將預(yù)測(cè)結(jié)果傳輸給刮板輸送機(jī)，同時(shí)對(duì)刮板輸送機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。系統(tǒng)對(duì)刮板輸送機(jī)運(yùn)行過程中的負(fù)載電流情況進(jìn)行同步檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)刮板輸送機(jī)上的負(fù)載情況進(jìn)行判斷，將判斷結(jié)果傳輸?shù)狡ヅ淇刂浦行呐c采煤機(jī)的割煤量理論值進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)監(jiān)測(cè)值大于理論值時(shí)，控制降低采煤機(jī)的進(jìn)給速度或者提升刮板輸送機(jī)的運(yùn)行速度，當(dāng)監(jiān)測(cè)值小于理論值時(shí)，則控制提升采煤機(jī)的進(jìn)給速度或者降低刮板輸送機(jī)的運(yùn)行速度，滿足采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)的匹配控制需求，該匹配控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2 所示[4]。

圖2 煤礦井下刮板輸送機(jī)與采煤機(jī)運(yùn)行匹配控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3 采煤機(jī)與液壓支架的聯(lián)動(dòng)控制方案

采煤機(jī)和液壓支架的聯(lián)合運(yùn)行控制主要是依靠液壓支架上的傳感器設(shè)備首先判斷和采煤機(jī)之間的位置關(guān)系，然后由聯(lián)合控制中心將系統(tǒng)聯(lián)合控制指令傳輸給支架控制器，通過支架控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架運(yùn)行狀態(tài)的調(diào)整，采煤機(jī)和液壓支架聯(lián)動(dòng)控制方案的關(guān)鍵點(diǎn)在于對(duì)采煤機(jī)和液壓支架之間的相互狀態(tài)進(jìn)行判斷，從而確保精確控制液壓支架運(yùn)行狀態(tài)的目的。由于煤礦井下地質(zhì)條件復(fù)雜，能見度較低而且工作環(huán)境惡劣，傳統(tǒng)的編碼器計(jì)數(shù)的位置判斷方案經(jīng)常出現(xiàn)累積誤差，難以滿足聯(lián)合運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)期控制需求，因此經(jīng)過多次驗(yàn)證，本文采用了紅外線傳感器位置判斷方案[5]，在采煤機(jī)上設(shè)置紅外線接收裝置，在各液壓支架上設(shè)置對(duì)應(yīng)編碼的紅外線傳感器，采煤機(jī)接收到紅外線信號(hào)后即可對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼，從而判斷出與各液壓支架的相對(duì)位置關(guān)系，滿足聯(lián)合調(diào)節(jié)控制的需求，具有定位精度好、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明該智能化綜采作業(yè)技術(shù)能夠精確地實(shí)現(xiàn)各設(shè)備之間的聯(lián)合運(yùn)行控制，將井下綜采面作業(yè)人員數(shù)量減少了52%，綜采作業(yè)效率提升了24%，是實(shí)現(xiàn)無人綜采作業(yè)的基礎(chǔ)，具有極大的應(yīng)用推廣價(jià)值。

4 結(jié)論

1）“三機(jī)聯(lián)合控制，主要通過“三機(jī)”聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)和煤礦井下的各液壓支架控制器共同實(shí)現(xiàn)，通過對(duì)設(shè)備之間運(yùn)行狀態(tài)和位置關(guān)系的分析，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化聯(lián)動(dòng)運(yùn)行控制；

2）刮板輸送機(jī)—采煤機(jī)智能匹配控制系統(tǒng)，以刮板輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的工作電流為信號(hào)作為實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)行的基礎(chǔ)，調(diào)節(jié)精度高、穩(wěn)定性好；

3）紅外線傳感器位置判斷方案，具有定位精度好、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)；

4）該智能化綜采作業(yè)技術(shù)將井下綜采面作業(yè)人員數(shù)量減少了52%，綜采作業(yè)效率提升了24%，具有極大的應(yīng)用推廣價(jià)值。