張 偉

（山西晉煤集團澤州天安葦町煤業(yè)有限公司， 山西 晉城 048000）

引言

采煤機作為煤礦井下綜采作業(yè)的核心設(shè)備，已經(jīng)成為制約井下自動綜采水平進一步提升的關(guān)鍵。由于煤礦井下地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，目前采煤機在工作過程中主要依靠作業(yè)人員根據(jù)井下煤層分布情況調(diào)整截割滾筒的截割高度，調(diào)整速度慢、精度差，經(jīng)常出現(xiàn)觸頂事故，給井下綜采作業(yè)效率和作業(yè)安全帶來了較大的隱患。因此本文提出了一種采煤機智能調(diào)高控制系統(tǒng)。

1 智能調(diào)高控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

對采煤機搖臂的調(diào)高控制主要是依據(jù)采煤機截割作業(yè)時的進給速度、截割路徑、煤層高度等，而采煤機進給速度與截割煤層的硬度有直接的關(guān)系，根據(jù)采煤機截割作業(yè)流程及無人化綜采作業(yè)需求，本文所提出的采煤機自動調(diào)高控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示[1]。

由圖1 可知，在采煤機截割作業(yè)過程中，系統(tǒng)根據(jù)采煤機的截割軌跡路徑，自動轉(zhuǎn)換為采煤機截割作業(yè)時在各個控制點的進給速度和截割滾筒的高度坐標(biāo)，作為采煤機自動截割控制的依據(jù)，這些信息經(jīng)過系統(tǒng)的D/A 放大器轉(zhuǎn)換[2]、放大后傳遞到采煤機進給控制系統(tǒng)和調(diào)高控制系統(tǒng)，從而在截割作業(yè)過程中控制采煤機的進給速度和截割作業(yè)高度。為了確保系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制的精確性，在截割作業(yè)過程中位于采煤機上的各類傳感器設(shè)備對采煤機截割作業(yè)過程中的姿態(tài)、位置進行檢測，將檢測結(jié)果以負(fù)反饋調(diào)節(jié)的模式傳輸?shù)椒答佅到y(tǒng)，實現(xiàn)對采煤機截割控制的閉環(huán)調(diào)整。在控制的過程中位于截割機構(gòu)上的截割負(fù)載檢測系統(tǒng)通過對作用在采煤機上的截割負(fù)載的監(jiān)測，來判斷巖層的硬度狀態(tài)，根據(jù)不同硬度下設(shè)計的截割控制邏輯實現(xiàn)對采煤機進給速度和截割滾筒調(diào)高控制的依據(jù)，為了確保在復(fù)雜狀態(tài)下綜采作業(yè)的安全性，系統(tǒng)還設(shè)置有遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，實現(xiàn)緊急情況下的人工遠(yuǎn)程控制作業(yè)。

圖1 采煤機智能調(diào)高控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 智能調(diào)高控制系統(tǒng)的煤巖硬度自動識別功能

采煤機在截割作業(yè)過程中的運動主要包括進給運動、搖臂的截割運動及截割機構(gòu)的截割轉(zhuǎn)速，為了確保采煤機在截割作業(yè)過程中截割驅(qū)動系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，需要根據(jù)截割負(fù)載來靈活調(diào)整截割轉(zhuǎn)速、進給速度等，傳統(tǒng)的截割控制系統(tǒng)中對煤巖截割硬度的識別主要是提前對井下巖層情況進行研究，然后輸入到控制系統(tǒng)中，但該方案所獲取的截割硬度情況極為不準(zhǔn)確，導(dǎo)致采煤機截割作業(yè)中經(jīng)常出現(xiàn)截齒斷裂、截割驅(qū)動系統(tǒng)磨損過度，使用壽命降低等。

為了實現(xiàn)對截割過程中截割負(fù)載變化情況的實時監(jiān)控，本文提出了一種基于電流監(jiān)測法的截割負(fù)載判斷方案，當(dāng)作用在截割滾筒上的負(fù)載發(fā)生變化后會導(dǎo)致截割驅(qū)動電機的截割電流發(fā)生變化，利用水泥、石塊、沙子制作不同硬度的樣塊[3]，對不同硬度下截割作業(yè)時的電機截割電流進行統(tǒng)計，形成與硬度對應(yīng)的截割電流對照表，將其輸入到控制系統(tǒng)中，通過檢測截割電機的截割電流即可判斷出巖壁的硬度狀態(tài)，從而針對性地選擇對應(yīng)的采煤機進行速度、截割轉(zhuǎn)速等，滿足對采煤機搖臂運行狀態(tài)調(diào)整的需求，截割作業(yè)過程中采煤機截割電流的采樣如圖2所示。

圖2 截割電機電流采樣示意圖

該巖層硬度識別系統(tǒng)能夠精確地監(jiān)測到煤巖硬度的變化情況，快速地對截割狀態(tài)進行匹配，滿足不同地質(zhì)條件下的截割穩(wěn)定性需求，從而實現(xiàn)對搖臂高度精確調(diào)節(jié)的目的。

3 智能調(diào)高控制系統(tǒng)的采煤機搖臂調(diào)高執(zhí)行機構(gòu)

采煤機調(diào)高控制系統(tǒng)輸出的控制信號傳輸?shù)秸{(diào)高執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)，通過控制液壓油缸的伸出量來實現(xiàn)對執(zhí)行機構(gòu)高度的靈活調(diào)整[4]。為了確保對執(zhí)行機構(gòu)高度調(diào)整的靈活性和精確性，該采煤機搖臂調(diào)高執(zhí)行機構(gòu)中采用了電磁比例溢流閥調(diào)節(jié)，調(diào)高控制信號傳輸?shù)诫姶疟壤缌鏖y中，通過控制比例溢流閥開度的大小來實現(xiàn)對執(zhí)行油缸伸出量的精確控制，確保對采煤機搖臂高度調(diào)節(jié)的精確性，該采煤機搖臂調(diào)高執(zhí)行機構(gòu)如圖3 所示。

通過對采煤機的調(diào)高控制系統(tǒng)的升級，實現(xiàn)了在截割作業(yè)過程中對截割負(fù)載的精確監(jiān)測，以此為調(diào)高執(zhí)行機構(gòu)的調(diào)節(jié)基礎(chǔ)信號，實現(xiàn)了在運行過程中的智能調(diào)高控制，根據(jù)實際測量，其調(diào)節(jié)精度達(dá)到了±10 mm，實現(xiàn)了對最佳的截割轉(zhuǎn)速和進給速度的快速匹配，有效提升了截割作業(yè)效率，極大地確保了井下綜采作業(yè)的安全性和經(jīng)濟性。

4 結(jié)論

1）采煤機調(diào)高智能控制系統(tǒng)采用了負(fù)反饋調(diào)節(jié)的控制模式，以煤巖硬度為調(diào)節(jié)控制依據(jù)，具有邏輯控制簡單、精確度高、反應(yīng)速度快的優(yōu)點；

圖3 采煤機搖臂調(diào)高執(zhí)行機構(gòu)示意圖

2）煤巖硬度的自動識別采用基于電流監(jiān)測法的截割負(fù)載判斷方案，能夠快速地對煤巖硬度的變化情況進行反應(yīng)，滿足快速調(diào)整的需求；

3)該調(diào)高控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了在運行過程中的智能調(diào)高控制，其調(diào)節(jié)精度達(dá)到了±10 mm，實現(xiàn)了對最佳的截割轉(zhuǎn)速和進給速度的快速匹配，有效提升了截割作業(yè)效率。