夏秋龍，孔德彪

（山東能源集團魯西礦業(yè)有限公司郭屯煤礦，山東 菏澤 274700）

隨著時代的發(fā)展和科技的進步，智能化、自動化的采煤技術正在逐漸被廣泛應用于煤炭行業(yè)。在傳統(tǒng)的采煤方式中，不僅存在著人力資源的不足和安全問題，而且效率低下，生產(chǎn)成本高，難以適應現(xiàn)代化煤炭開采的需求[1-2]。而智能化、自動化采煤技術則可以有效地解決這些問題，提高采煤效率和質(zhì)量，降低人力成本和安全風險，同時還能幫助企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，提高市場競爭力[3-4]。因此，煤礦實施智能化、自動化采煤技術不僅是煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的必然選擇，也是推動煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要手段。山東能源集團魯西礦業(yè)有限公司郭屯煤礦（簡稱“郭屯煤礦”）為了實現(xiàn)這一目標，在2303 工作面開展研究，來探討智能化MG750/1860-WD 型采煤機在綜放工作面中的應用。

1 智能采煤系統(tǒng)組成

2303工作面范圍內(nèi)煤層平均厚度約6.2 m；煤層傾角4～17°，平均7°；賦存較為穩(wěn)定，結構簡單。頂板以粉、細砂巖為主，底板以泥巖為主。2303 工作面采用綜采放頂煤開采方式，為實現(xiàn)2303綜放工作面智能采煤需要借助遠程控制、智能感知和定位、故障診斷與預警、記憶截割等系統(tǒng)。2303 工作面裝備MG750/1860-WD 型采煤機，如圖1 所示。該采煤機配有位置、搖臂擺角、傾角、油位、油溫、油壓等傳感器和記憶截割模塊，具備記憶截割功能。這些組成部分的集成和配合，有助于提升采煤機的自主決策和操作能力，實現(xiàn)采煤過程的自動化、智能化和遠程化，提高了采煤效率、安全性和可持續(xù)性。

圖1 采煤機傳感器示意圖

2 工作原理

2.1 智能感知與定位系統(tǒng)

采煤機安裝有絕對型位置編碼器2套（精度誤差≤0.01 m），搖臂擺角傳感器2 套（檢測范圍：±180°，精度誤差≤0.01°），二維傾斜傳感器（感知機身傾角，量程：±90°，精度誤差≤0.01°）、油位（精度誤差≤0.1 cm）、油溫（量程為-40～200 ℃，精度誤差≤0.1 ℃）、油壓（精度誤差≤0.01 MPa）、瓦斯監(jiān)測（精度誤差≤0.01%）、水路流量（精度誤差≤0.1 L/min）、水路壓力（精度誤差≤0.01 MPa）等傳感器各1套，以便滿足智能化要求。采煤機具備瓦斯、煤塵等感知檢測功能，具備瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動控制功能。采煤機機身安裝有瓦斯傳感器，具有瓦斯檢測功能與聯(lián)動控制功能，相關數(shù)據(jù)已上傳至ZCS型智能集控系統(tǒng)中。

采煤機通過位置編碼器（安裝在牽引傳動箱內(nèi)部的高速軸端）檢測牽引行走輪的轉(zhuǎn)動圈數(shù)與角度，定時采樣計算出設備牽引行走的距離與速度，達到自主定位的目的；在采煤機機身上安裝有一套紅外線發(fā)射器，隨采煤機往復運行，并不斷地向外發(fā)射紅外線信號，紅外線接收器安裝在液壓支架立柱上，可以將接收到的紅外線信號轉(zhuǎn)化為模擬信號傳輸至支架控制器，支架控制器根據(jù)接收到的信號判斷采煤機的位置及運行方向，用于輔助定位。

基于相關研究所的高精度慣導系統(tǒng)，固定在采煤機機身中部，工作時不依賴外界信息，也不向外界輻射能量，不易受到干擾。慣性測量裝置包括加速度計和陀螺儀，3個自由度陀螺儀用來測量采煤機的3個轉(zhuǎn)動運動；3個加速度計用來測量采煤機的3個平移運動的加速度。計算機根據(jù)測得的加速度信號計算出采煤機的速度和位置數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對采煤機的絕對定姿和定位，達到直線度檢測的目的。

2.2 通訊傳輸系統(tǒng)

采煤機在運行過程中需要傳輸大量的數(shù)據(jù)，因此要確保采煤機通訊接口豐富。在主機內(nèi)部預留有備用的通訊接口，接口通訊協(xié)議需為各個行業(yè)和領域廣泛應用的RS232 和RS485，具備與支架電液控和三機聯(lián)動控制擴展的能力，并且還需具備遠程通訊監(jiān)控功能，可全面檢測機組工作狀態(tài)，適應自動化工作面生產(chǎn)要求；配備采煤機至順槽集控中心全雙工控制通訊系統(tǒng)，確保監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性與可靠性。

2.3 遠程控制與監(jiān)測系統(tǒng)

采煤作業(yè)時時刻刻都存在危險性，而采煤機的遠程控制可以提高工作安全性和效率，并且遠程控制系統(tǒng)可以與傳感器和監(jiān)測設備進行連接，實時采集和監(jiān)測煤礦的環(huán)境數(shù)據(jù)和設備狀態(tài)，提供有效的數(shù)據(jù)支持和決策參考，提高生產(chǎn)管理的水平。因此采煤機需要具備遠程控制、姿態(tài)監(jiān)測功能。

1）采煤機姿態(tài)監(jiān)測：搖臂處安裝有擺動角度傳感器，通過精密伺服旋轉(zhuǎn)電位器測量搖臂相對于機身的擺動角度，推算實時截割高度、搖臂角度和采煤機俯仰角度；通過安裝在機身內(nèi)的二維傾斜傳感器直接檢測到機身傾角狀態(tài)，實現(xiàn)機身傾角感知功能。

2）通過ZCS型智能集控系統(tǒng)可對采煤機進行遠程控制，遠程操控臺如圖2所示。MG750/1860-WD采煤機的電控系統(tǒng)采用DSP 分布式計算機控制，其中BOC主控模塊是采煤機核心處理器，BOC通過CAN總線與SGC 模塊通訊，SGC 模塊通過預埋在煤機電纜里的電纜通過FSK 載波與順槽里的GSC 通訊，GSC 將載波信號檢出調(diào)制成TPC 協(xié)議通訊，接入ZCS 型智能集控系統(tǒng)，實現(xiàn)對采煤機的遠程控制，并可使用遙控器進行近控干預。

圖2 采煤機遠程操控臺

2.4 故障診斷與預警系統(tǒng)

采煤機還需要通過機身自帶的多種傳感器檢測到搖臂高度、各部件溫度、煤機俯仰角、牽引速度、電壓、電流、油溫、油壓、油位、冷卻水流量、水壓等運行工況狀態(tài)。當發(fā)生故障時給出故障信息提示，主要包括不能開機、不能牽引、搖臂升降失靈、遙控器端頭站失靈、變頻故障等問題；當工況狀態(tài)超出預定值時，提前給出預警，對采煤機進行專項檢修，提前處理相關故障。

2.5 記憶截割系統(tǒng)

為提高采煤效率、降低煤層損失、減少煤矸石產(chǎn)量等，采煤機還需要具備記憶截割功能。采煤機利用搖臂上安裝的擺動角度傳感器和在牽引傳動箱內(nèi)部的高速軸端上安裝的位置編碼器，在學習過程中實時記錄采煤機兩搖臂高度和牽引速度，采集到的數(shù)據(jù)存儲在采煤機電控箱內(nèi)的記憶截割模塊；啟動記憶截割時，采煤機主控模塊調(diào)取記憶截割模塊里存儲的煤機示范刀數(shù)據(jù)，指導采煤機完成記憶截割過程。

3 實際應用

郭屯煤礦2303 工作面根據(jù)自身條件，機頭割1 掃2，機尾割1掃2，共計23個工藝段；每割30刀煤重新學習一次示范刀，遇采場條件急劇變化時，采用在線修改模式修改局部記憶數(shù)據(jù)。功能使用正常，運行記錄齊全，記憶截割率平均值可達80%以上。端頭處支架電液控系統(tǒng)配合采煤機記憶截割，實現(xiàn)三角煤自動截割，達到了全工作面記憶截割的要求。MG750/1860-WD型采煤機采用自動化控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測設備運行情況和工作環(huán)境，減少了人工操作的風險，保證了采煤作業(yè)的安全性，從而實現(xiàn)高效的采煤作業(yè)。

4 結語

郭屯煤礦2303綜放工作面通過智能化采煤設備、傳感器監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集與處理等技術，實現(xiàn)了對采煤過程的自動化控制和信息化管理，取得了較好的應用效果，大大提高了采煤效率和安全生產(chǎn)水平。智能采煤技術對于推動煤炭行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級、提升煤炭產(chǎn)業(yè)的競爭力具有重要的現(xiàn)實意義。未來企業(yè)需要不斷創(chuàng)新和完善智能化采煤技術，提高其適用性和可靠性，促進采煤生產(chǎn)的安全、高效和可持續(xù)發(fā)展。