魏明飛

(山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)神農(nóng)煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048400)

引 言

煤炭作為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心能源資源，對維持經(jīng)濟(jì)社會(huì)的正常運(yùn)行起著十分重要的作用，隨著以采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架為代表的自動(dòng)化綜采設(shè)備的廣泛應(yīng)用，煤礦井下的綜采作業(yè)效率已得到了極大提升，但在實(shí)際應(yīng)用過程中，多數(shù)煤礦的各類自動(dòng)化綜采設(shè)備均未形成連續(xù)協(xié)同作業(yè)，智能化程度低，不得不依靠人員根據(jù)綜采作業(yè)的進(jìn)行不斷調(diào)整，不僅影響了綜采作業(yè)的效率而且還導(dǎo)致在調(diào)整過程中存在極大的安全隱患，降低了井下綜采作業(yè)的經(jīng)濟(jì)性。因此本文提出了一種新的煤礦井下自動(dòng)化綜采技術(shù)，采用了自動(dòng)化設(shè)備協(xié)同作業(yè)的思想，將采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架等設(shè)備的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，有效減少了井下綜采一線的作業(yè)人員數(shù)量，提升了綜采作業(yè)效率和智能化程度，根據(jù)實(shí)際分析表明采用智能化聯(lián)動(dòng)作業(yè)后，井下的綜采作業(yè)效率提升了12.4%，單班作業(yè)人員的數(shù)量減少了17人，顯著提升了煤礦井下綜采的經(jīng)濟(jì)性和安全性，具有極大的應(yīng)用推廣價(jià)值[1]。

1 采煤機(jī)自主截割控制系統(tǒng)

根據(jù)煤礦井下綜采作業(yè)流程及采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架之間相互配合關(guān)系，所提出的綜采設(shè)備的協(xié)同運(yùn)行作業(yè)流程如第137頁圖1所示[2]。

由圖1可知，該綜采設(shè)備協(xié)同作業(yè)控制流程以采煤機(jī)的自動(dòng)截割控制為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)液壓支架、刮板輸送機(jī)根據(jù)采煤機(jī)的運(yùn)行達(dá)到協(xié)同控制。在實(shí)際運(yùn)行過程中首先由設(shè)置在采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)上的各類傳感器設(shè)備對各自的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行確定。根據(jù)采煤機(jī)的位置和截割狀態(tài)，對采煤機(jī)在自主截割控制下的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，根據(jù)采煤機(jī)的截割運(yùn)行路徑規(guī)劃，建立起采煤機(jī)連續(xù)運(yùn)行的控制函數(shù)關(guān)系曲線，根據(jù)采煤機(jī)與液壓支架的相互位置關(guān)系實(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)前后液壓支架運(yùn)行狀態(tài)的智能控制，液壓支架的支護(hù)狀態(tài)隨著采煤機(jī)的運(yùn)行而自動(dòng)調(diào)整[3]，刮板輸送機(jī)根據(jù)液壓支架和采煤機(jī)的協(xié)同運(yùn)行狀態(tài)，在支架對齊的情況下結(jié)合采煤機(jī)的運(yùn)輸速度和位置，實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)的動(dòng)對齊作業(yè)，最終實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)的智能協(xié)同作業(yè)。

2 采煤機(jī)定位方案研究

該煤礦井下自動(dòng)化綜采技術(shù)的核心在于對采煤機(jī)運(yùn)行位置的精確判斷，該判斷的精確性直接影響到液壓支架和刮板輸送機(jī)聯(lián)動(dòng)運(yùn)行的準(zhǔn)確性，傳統(tǒng)的紅外線測定位置的方案在井下應(yīng)用過程中受粉塵影響，存在著較大的定位誤差，因此本文提出了紅外線測定為輔，編碼器位置測定為主的聯(lián)合采煤機(jī)位置定位方案，編碼器安裝結(jié)構(gòu)如第137頁圖2所示。

編碼器設(shè)置在采煤機(jī)行走機(jī)構(gòu)上第一級(jí)太陽輪處，隨著采煤機(jī)的運(yùn)行而轉(zhuǎn)動(dòng)。從采煤機(jī)行走機(jī)構(gòu)上第一級(jí)太陽輪到傳動(dòng)齒輪處的傳動(dòng)比為i，編碼器隨著采煤機(jī)運(yùn)行一周所產(chǎn)生的脈沖數(shù)量為n，從編碼器開始工作到需要對采煤機(jī)位置進(jìn)行確定時(shí)所累積的總的脈沖數(shù)為N，采煤機(jī)的傳動(dòng)齒輪的半徑為r，則在該計(jì)數(shù)周期內(nèi)采煤機(jī)的運(yùn)行距離L可表示為式(1)。

圖1 煤礦井下綜采設(shè)備協(xié)同作業(yè)控制流程示意圖

圖2 編碼器安裝結(jié)構(gòu)示意圖

L=2πrN/n

(1)

同時(shí)在采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)銷軌上設(shè)置紅外線發(fā)射和接收設(shè)備，通過紅外線定位的方法對采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)的相對位置關(guān)系進(jìn)行確定，進(jìn)而判斷出在計(jì)算時(shí)間內(nèi)采煤機(jī)的運(yùn)行距離。通過紅外線-編碼器[4]位置測定相互配合的方式能夠有效提升采煤機(jī)位置確定的精確性和可靠性，根據(jù)實(shí)際驗(yàn)證表明，采用該方案后能夠?qū)⒉擅簷C(jī)運(yùn)行時(shí)的定位精度提升到0.12 m，極大提升了采煤機(jī)位置定位的精確性，為實(shí)現(xiàn)井下綜采設(shè)備的聯(lián)動(dòng)運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

3 刮板輸送機(jī)與采煤機(jī)協(xié)同控制

刮板輸送機(jī)主要用于承接采煤機(jī)從煤壁上剝離下來的煤炭，若刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)的運(yùn)行控制出現(xiàn)脫節(jié)，將導(dǎo)致煤炭堆積、散料等異常狀況發(fā)生，同時(shí)加大了刮板輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的電能消耗，無法確保煤礦井下的綜采作業(yè)效率和經(jīng)濟(jì)性，因此本文提出了一種刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)協(xié)同反饋控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行速度的匹配性，極大提升了運(yùn)行的穩(wěn)定性和物料輸送效率，該聯(lián)合協(xié)同反饋控制原理如圖3所示[5]。

圖3 采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)協(xié)同運(yùn)行控制流程

由圖3可知，當(dāng)采煤機(jī)截割作業(yè)的速度超過刮板輸送機(jī)運(yùn)量承受的上限時(shí)刮板輸送機(jī)的負(fù)載迅速增加，系統(tǒng)啟動(dòng)報(bào)警控制降低采煤機(jī)的截割速度，當(dāng)采煤機(jī)的截割速度降低時(shí)刮板輸送機(jī)的負(fù)載量降低，一方面控制增加采煤機(jī)的截割作業(yè)速度，一方面降低刮板輸送機(jī)的運(yùn)行速度，既確保了物料運(yùn)行安全也降低了刮板輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的能量消耗。

通過該煤礦井下自動(dòng)綜采技術(shù)，能夠顯著提升煤礦井下采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架的聯(lián)合運(yùn)行穩(wěn)定性，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明，采用該技術(shù)方案后井下的綜采作業(yè)效率提升了12.4%，單班作業(yè)人員的數(shù)量減少了17人，對提升井下綜采作業(yè)的智能化程度，降低能源消耗，提升綜采作業(yè)經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的意義。

4 結(jié)論

針對煤礦井下綜采設(shè)備協(xié)同運(yùn)行程度低，影響綜采作業(yè)的效率和經(jīng)濟(jì)性的現(xiàn)狀，本文提出了一種新的煤礦井下自動(dòng)化綜采技術(shù)，采用了自動(dòng)化設(shè)備協(xié)同作業(yè)的思想，將采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架等設(shè)備的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，有效減少了井下綜采一線的作業(yè)人員數(shù)量，提升了綜采作業(yè)效率和智能化程度，根據(jù)分析表明：

1) 紅外線-編碼器位置測定相互配合的方式能夠有效提升采煤機(jī)位置確定的精確性和可靠性，定位精度可達(dá)0.12 m，極大提升了采煤機(jī)位置定位的精確性，為實(shí)現(xiàn)井下綜采設(shè)備的聯(lián)動(dòng)運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

2) 通過煤礦井下自動(dòng)綜采技術(shù)，能夠顯著提升煤礦井下采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架的聯(lián)合運(yùn)行穩(wěn)定性，井下的綜采作業(yè)效率提升了12.4%，單班作業(yè)人員的數(shù)量減少了17人，對提升井下綜采作業(yè)的智能化程度，具有重要意義。