鄒云興

摘 要：為了實現(xiàn)無人化采煤工作面，本文以綜采工作面采煤機的煤巖識別作為主要研究內(nèi)容，通過對采煤機煤巖識別的相關(guān)技術(shù)進行闡述和分析，進而設(shè)計了一種基于精確煤層三維模型的采煤機煤巖識別系統(tǒng)，并對其煤巖識別與搖臂狀態(tài)控制的方法展開了深入研究，研究表明，本文設(shè)計的采煤機煤巖識別系統(tǒng)能有效滿足其采煤過程中對煤巖識別工作自動化要求，為實現(xiàn)無人化采煤工作面提供可靠保障。

關(guān)鍵詞：采煤機；煤巖識別；搖臂狀態(tài)

一、采煤機煤巖識別的相關(guān)技術(shù)

（一）EMD法。EMD法，即跟經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解法是綜采工作面中采煤機對煤巖界面識別的一種常用辦法，實際上是一種自適應(yīng)的信號分解辦法，以煤體和矸石下落過程中所產(chǎn)生聲波信號間頻譜差異為依據(jù)，對下落的物體為煤炭還是矸石進行判斷。需要說明的是，此方法只有在滾筒切割到頂部和底板的巖石后方能夠?qū)γ簬r予以準確判斷，而對于具有較高矸石含量的煤層，其煤巖判斷效率將大打折扣。

（二）多傳感器信息融合識別。多傳感器信息融合識別，主要利用扭矩傳感器、壓力傳感器以及電流和加速傳感器等多種傳感器，在徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的作用改下，完成對各傳感器識別信息的綜合，從而確定出綜采工作面中采煤機煤巖識別的結(jié)果。

（三）紅外探測。對采煤機進行分析可知，其在將煤體與巖石進行截割后，因二者不同性質(zhì)，導(dǎo)致采煤機截割后的問年度也具有一定差異?；诖耍柚t外探測的辦法對采煤機滾筒截齒的溫度進行探測，便能夠使操作人員快速了解到相應(yīng)的煤巖界面。值得注意的是，紅外探測法只有在采煤機截割到巖石時，方能夠形成對煤巖的準確判斷。在了解集幾種采煤機煤巖識別相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，下文著重對基于精確煤層的采煤機煤巖識別系統(tǒng)設(shè)計辦法展開深入研究。

二、基于精確煤層模型的采煤機煤巖識別

（一）系統(tǒng)設(shè)計總思路。本文設(shè)計的是一種以精確煤層的三維模型為依托的采煤機煤巖識別系統(tǒng)，在借助地質(zhì)勘測量得到的煤層數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對當前煤層的三維模型進行構(gòu)建，并通過對采煤機搖臂高度進行適時調(diào)整，確保自動化無人開采目標的實現(xiàn)。相較于傳統(tǒng)的煤巖識別系統(tǒng)，本文設(shè)計的這一系統(tǒng)無需采煤機主動發(fā)送識別信號，而只需對所構(gòu)建的三維模型的碰撞情況進行檢查和，方能夠?qū)崿F(xiàn)對煤巖的準確識別。

（二）煤層模型的構(gòu)建與采煤機狀態(tài)描述。對傳統(tǒng)煤層三維模型進行分析可知，其大都是在處理鉆孔獲得數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，按照相關(guān)的算法進行擬合所獲得的，其核心數(shù)據(jù)來源為基于三維地震波探測得到的對應(yīng)數(shù)據(jù)，這種辦法下采煤機對1m以上煤層厚度的探測精度在最高時可達到95%?；诖耍瑢⒒谌S地震波數(shù)據(jù)構(gòu)建的模型作為綜采工作面煤巖識別的初步模型，這需要巷道掘進時所獲得的煤層具體數(shù)據(jù)對其驗證發(fā)放能夠確定其煤巖識別效果。對于采煤機而言，其在實際的運行，即割煤過程中可看作是采煤機模型對煤層模型的反復(fù)截割，對于割煤吼吼的煤層（模型）而言，通常有兩種處理方式，一是進一步標識模型，進而對采空區(qū)與未回采區(qū)進行區(qū)分；二是以割煤數(shù)據(jù)為依據(jù)，生成新的煤層模型，使其充當下一個割煤循環(huán)的基本模型。

對于采煤機模型而言，其構(gòu)建主要由其生產(chǎn)廠家根據(jù)特定的型號在設(shè)計的階段完成，采煤機模型的主要參數(shù)跟主要包括了其搖臂長度、滾筒直徑等。需要說明的是，除了采煤機模型以外，還應(yīng)構(gòu)建起刮板輸送機與液壓支架模型，其中，刮板輸送機主充當采煤機運行過程中的邊界元素，液壓支架的功能則主要為，在采煤機割煤時，阻止其滾筒同支架頂梁發(fā)生干涉和接觸。

（三）煤巖識別與搖臂狀態(tài)控制。在設(shè)計過程中關(guān)于煤巖界面的識別主要依托于兩個傳感器的數(shù)據(jù)，分別為截割電機工作電流與滾筒調(diào)高油缸壓力。對于采煤機而言，其在正常運行時，上述兩項傳感器數(shù)據(jù)會在一定范圍內(nèi)發(fā)生小幅波動，中心數(shù)據(jù)因不同煤體硬度的不同而具有一定差異。當采煤機在工作過程中其滾筒接觸到巖石后，因滾筒與巖石接觸面不同，故調(diào)高油缸的兩個壓力變化也存在差異，，操作人員則能夠?qū)r面與滾筒接觸的位置做出進一步判斷，即當滾筒上方的截齒與巖面率先接觸時，巖石面會向滾筒施加向下的壓力，導(dǎo)致滾筒位置降低，而調(diào)高油缸下方的腔體壓力也隨之增加，相應(yīng)地，其上方腔體壓力則下降。此時，對于操作人員而言，則能夠通過觀察安裝至滾筒處的壓力傳感器的相關(guān)數(shù)據(jù)，完成對采煤機采煤煤巖的識別。

在搖臂狀態(tài)控制方面，通過對煤巖識別系統(tǒng)的輸出信號進行分析，則能夠完成對采煤機搖臂狀態(tài)的自動調(diào)整，即以采煤機運行速度為依據(jù)，通過對采煤機與煤層模型進行碰撞檢查，進而確定出采煤機在某一運行位置需要的搖臂高度，在將所需高度反饋至采煤機搖臂自動控制系統(tǒng)當中后，系統(tǒng)便以所獲得的高度參數(shù)，結(jié)合采煤機自身結(jié)構(gòu)，算得采煤機搖臂所需的調(diào)整量，而后，在電磁伺服閥的作用下，搖臂將被調(diào)整至所需高度，從而實現(xiàn)基于無人操作的搖臂狀態(tài)的自動調(diào)節(jié)。

三、結(jié)論

本文通過對采煤機煤巖識別的相關(guān)技術(shù)進行簡要說明，進而設(shè)計了一種基于精確煤層三維模型的綜采工作面采煤機煤巖識別系統(tǒng)。本文所設(shè)計的系統(tǒng)能夠較好地滿足采煤機自動化煤巖識別需求并能夠?qū)崿F(xiàn)對搖臂狀態(tài)的自動化控制。未來，還應(yīng)進一步加大對綜采工作面采煤機自動化煤巖識別方法的研究，為提高采煤機煤巖識別與綜采工作面的自動化水平奠定良好基礎(chǔ)。

參考文獻：

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