邵 龍

（山西省晉能控股煤業(yè)集團(tuán)四臺礦，山西 大同 037000）

引言

隨著煤礦井下自動化綜采技術(shù)的不斷發(fā)展，以采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)協(xié)同作業(yè)為核心的“無人化”綜采技術(shù)已經(jīng)成為目前發(fā)展的趨勢，其核心是采煤機(jī)和液壓支架的協(xié)同控制技術(shù)，由于綜采面上液壓支架數(shù)量多、能見度低下、地質(zhì)條件也相對復(fù)雜，因此在綜采作業(yè)過程中主要通過人工控制的方式來保證采煤機(jī)和液壓支架作業(yè)的協(xié)調(diào)性，不僅需要在井下配備多人進(jìn)行不間斷的巡查和調(diào)整而且極依賴于操作人員的工作責(zé)任心，調(diào)整效率低、安全性不足，因此限制了井下綜采作業(yè)效率的進(jìn)一步提升。

結(jié)合煤礦井下“無人化”綜采作業(yè)的需求，本文在對井下液壓支架跟機(jī)控制工藝進(jìn)行優(yōu)化的基礎(chǔ)上，提出了一種新的液壓支架自適應(yīng)跟機(jī)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，對提升井下綜采作業(yè)效率和安全性具有十分重要的意義。

1 跟機(jī)控制工藝優(yōu)化

在傳統(tǒng)綜采作業(yè)中，采煤機(jī)和液壓支架易出現(xiàn)協(xié)調(diào)動作失效的階段在于對三角區(qū)進(jìn)行割煤，因此為了滿足井下支架組合采煤機(jī)自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制的需求，本文首先對三角區(qū)域的割煤工藝流程進(jìn)行優(yōu)化[1]。將該過程拆分為四個工藝階段。首先采煤機(jī)從綜采面中間位置以斜切進(jìn)刀的方式先切入煤層，然后沿著掘進(jìn)方向進(jìn)行截割作業(yè)，直到達(dá)到采煤機(jī)機(jī)頭的位置。在第二個階段，采煤機(jī)從機(jī)頭位置以空刀的方式運(yùn)行到刮板輸送機(jī)對應(yīng)的回轉(zhuǎn)位置，從此位置下刀沿著采煤機(jī)機(jī)尾的位置割煤，同時后側(cè)的支架組開始進(jìn)行推溜和移架作業(yè)。在第三個階段，采煤機(jī)從綜采面中間位置向著掘進(jìn)方向進(jìn)行反刀空轉(zhuǎn)，采煤機(jī)后側(cè)的支架開始進(jìn)行自移作業(yè)。在第四個階段，采煤機(jī)從機(jī)尾位置進(jìn)行返空刀作業(yè)時，系統(tǒng)控制支架進(jìn)行跟機(jī)推溜作業(yè)。巷道掘進(jìn)過程中自動跟機(jī)控制流程如圖1 所示[2]。

圖1 智能跟機(jī)控制流程示意圖

通過對采煤機(jī)的截割和跟機(jī)控制流程優(yōu)化，解決了傳統(tǒng)綜采作業(yè)流程在截割三角煤區(qū)域支架易失穩(wěn)、控制一致性差的難題，為實(shí)現(xiàn)自動跟機(jī)控制奠定了基礎(chǔ)。

由圖1 可知滿載該跟機(jī)控制流程中，對采煤機(jī)位置、支架和采煤機(jī)之間相對位置的判斷均是以采煤機(jī)的中心為基準(zhǔn)。液壓支架組的收放護(hù)幫板范圍是指在采煤機(jī)前面7 個支架處開始收護(hù)幫板，避免采煤機(jī)作業(yè)過程中和護(hù)幫板產(chǎn)生干涉。移架范圍是指采煤機(jī)后側(cè)7 個支架處開始進(jìn)行支架的移架，以確保截割作業(yè)過程中支護(hù)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

2 自適應(yīng)調(diào)節(jié)控制裝置

在對綜采作業(yè)過程中跟機(jī)控制流程優(yōu)化的基礎(chǔ)上，本文所提出的液壓支架自適應(yīng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)主要包括監(jiān)測模塊、數(shù)據(jù)分析模塊以及支架控制模塊三個部分，其整體結(jié)構(gòu)如下頁圖2 所示[3]。

圖2 支架組自適應(yīng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

支架控制模塊是該系統(tǒng)的執(zhí)行單元，主要包括了支架控制器、液壓控制閥組、各類傳感器等，主要是接收控制終端傳遞過來的控制指令，然后控制支架的液壓系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，調(diào)整完成后利用各類傳感器設(shè)備對其調(diào)整狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，系統(tǒng)根據(jù)確認(rèn)結(jié)果再次想支架控制模塊發(fā)出調(diào)控指令，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)節(jié)控制，確保整個調(diào)整過程的精確性。

監(jiān)測模塊，主要包括視頻監(jiān)控模塊、采煤機(jī)位置監(jiān)測模塊、采煤機(jī)與液壓支架相對位置監(jiān)測模塊，以及液壓支架支護(hù)姿態(tài)監(jiān)測模塊等，主要是對液壓支架的支護(hù)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并將監(jiān)測信息傳遞給數(shù)據(jù)控制中心，為自適應(yīng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的調(diào)控提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息。

數(shù)據(jù)分析模塊，主要包括PLC 控制中心、監(jiān)控終端等，用于接收監(jiān)測模塊所傳遞的監(jiān)測信息，對各類數(shù)據(jù)信息綜合分析后，以采煤機(jī)的位置為基礎(chǔ)，通過跟機(jī)控制邏輯所設(shè)定的各個支架相對采煤機(jī)的動作要求來發(fā)出控制指令，實(shí)現(xiàn)液壓支架組隨著采煤機(jī)運(yùn)行的智能動態(tài)調(diào)節(jié)。該數(shù)據(jù)分析模塊還具有單向控制功能，監(jiān)控人員能夠在監(jiān)控終端直接向指定的液壓支架或采煤機(jī)發(fā)出調(diào)節(jié)指令，從而滿足在緊急情況下的調(diào)節(jié)控制需求[4]。

3 數(shù)據(jù)傳遞

為了確保在井下復(fù)雜環(huán)境下數(shù)據(jù)傳遞安全性的需求。系統(tǒng)采用了CAN 數(shù)據(jù)總線技術(shù)，具由數(shù)據(jù)容量大、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，保證自適應(yīng)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸安全性和可靠性的需求。

4 應(yīng)用效果

優(yōu)化后的綜采面上支架組的維護(hù)調(diào)整人員數(shù)量由6 人減少到了3 人，人員數(shù)量減少了50%，采煤機(jī)綜采作業(yè)的日進(jìn)給量由最初的8.1 m/d，提升到了目前的8.74 m/d，效率提升了7.9%，極大地提升了煤礦井下綜采作業(yè)的效率和安全性。

5 結(jié)論

1）通過對采煤機(jī)的截割和跟機(jī)控制流程優(yōu)化，解決了傳統(tǒng)綜采作業(yè)流程在截割三角煤區(qū)域支架易失穩(wěn)、控制一致性差的難題，為實(shí)現(xiàn)自動跟機(jī)控制奠定了基礎(chǔ)；

2）液壓支架自適應(yīng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)主要包括監(jiān)測模塊、數(shù)據(jù)分析模塊以及支架控制模塊三個部分，模塊化程度高，穩(wěn)定性好；

3）新的控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)液壓支架組和采煤機(jī)的智能化協(xié)同作業(yè)，將支架控制人員數(shù)量減少3 人，將綜采作業(yè)效率提升7.9%，為實(shí)現(xiàn)“無人化”綜采作業(yè)奠定了基礎(chǔ)。