摘要：目前對(duì)綜放智能化的研究主要聚焦于感知方面，對(duì)放煤過程智能化的研究較少，自動(dòng)放煤控制技術(shù)存在自適應(yīng)性不足、效率較低、放煤質(zhì)量難以把控等問題。為了提升放煤過程的智能化水平與運(yùn)行效率，設(shè)計(jì)了一種基于工藝引擎的規(guī)劃放煤控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由放煤管控單元和窗口決策單元組成：規(guī)劃放煤管控單元通過異步遞進(jìn)的放煤調(diào)度策略、柔性切換技術(shù)及規(guī)劃放煤工藝編輯引擎，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)位置弱關(guān)聯(lián)的自動(dòng)順序放煤及工藝在線編輯，通過關(guān)聯(lián)后部刮板輸送機(jī)負(fù)載，動(dòng)態(tài)調(diào)整工藝啟停，保障刮板輸送機(jī)安全作業(yè)；窗口決策單元通過PID 控制算法動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)尾梁角度，實(shí)現(xiàn)放煤窗口反饋控制，采用遺傳算法優(yōu)化BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)放煤窗口大小進(jìn)行智能決策，以適應(yīng)不同工況，提高放煤質(zhì)量?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明：基于異步遞進(jìn)的放煤調(diào)度策略與柔性切換技術(shù)提升了單刀自動(dòng)運(yùn)行效率，無需再手動(dòng)接管；每一班組自動(dòng)化運(yùn)行刀數(shù)提升了33.3%；系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的后部刮板輸送機(jī)負(fù)載、泵站等設(shè)備可動(dòng)態(tài)調(diào)整工藝啟停，每班后部刮板輸送機(jī)平均停止次數(shù)下降了61.1%，可保障作業(yè)安全；工藝編輯引擎能適應(yīng)多種場(chǎng)景下的應(yīng)用，工藝調(diào)整用時(shí)大幅度降低；后部動(dòng)作與前部動(dòng)作相互疊加，使得單刀平均用時(shí)縮短了9.3%，提升了開采效率；傾角傳感關(guān)聯(lián)控制與規(guī)劃放煤窗口智能決策將每日發(fā)熱量提升了10.3%，改善了放煤質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：綜放工作面；智能綜放；規(guī)劃放煤；放煤控制；工藝引擎；異步遞進(jìn)；柔性切換

中圖分類號(hào)：TD823.49 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

經(jīng)過近幾十年來的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，我國煤礦智能化建設(shè)進(jìn)程穩(wěn)步推進(jìn)，逐步從人工采煤、半機(jī)械化采煤向機(jī)械化、綜合機(jī)械化、自動(dòng)化采煤發(fā)展，并開始由自動(dòng)化開采向智能化開采邁進(jìn)。綜放開采作為我國煤炭開采領(lǐng)域的標(biāo)志性技術(shù)之一，其智能化過程仍然存在一系列亟待解決的科學(xué)難題。

現(xiàn)階段， 綜放開采大多采用人工單架放煤方式。放煤操作人員主要依據(jù)“見矸關(guān)窗”原則，通過觀察頂煤放落過程中放出體的狀態(tài)判斷是否應(yīng)當(dāng)關(guān)閉放煤口。這種單架放煤方式無法把握工作面全局信息，且放煤操作人員的經(jīng)驗(yàn)參差不齊，不可避免地導(dǎo)致放煤過程中出現(xiàn)欠放、過放等狀況。此外，煤礦井下環(huán)境惡劣，情況較為復(fù)雜，而放煤操作繁瑣，人工勞動(dòng)強(qiáng)度較大，放煤效率較低[1-2]。目前對(duì)綜放智能化的研究主要聚焦于感知方面，如利用音頻、視頻、射線等傳感技術(shù)進(jìn)行煤矸識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)放煤口控制，對(duì)放煤過程智能化的研究較少[3-5]。為了提升放煤過程的智能化水平與運(yùn)行效率，本文從分析目前自動(dòng)放煤控制技術(shù)的現(xiàn)狀出發(fā)，研究綜放工作面智能放煤技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種規(guī)劃放煤控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了放煤任務(wù)的全過程管控。

1 自動(dòng)放煤控制技術(shù)現(xiàn)狀

1） 自動(dòng)放煤自適應(yīng)性不足。面對(duì)不同的采放比、配套、生產(chǎn)工況及生產(chǎn)模式，需要不同的自動(dòng)放煤工藝和控制工序，并隨著工作面推進(jìn)實(shí)時(shí)調(diào)整，而目前的自動(dòng)放煤工藝無法自適應(yīng)地做出即時(shí)調(diào)整。此外，因頂煤賦存和煤矸混合影響，單一的放煤窗口控制策略無法滿足實(shí)際生產(chǎn)要求，往往需要人工干預(yù)調(diào)整。因此，現(xiàn)階段綜放開采中大多通過人工手動(dòng)調(diào)整放煤工藝與放煤窗口，自動(dòng)化程度較低、勞動(dòng)強(qiáng)度較大，難以保障安全高效生產(chǎn)。

2） 自動(dòng)放煤運(yùn)行效率較低。放煤、拉后溜等后部動(dòng)作在執(zhí)行過程中不可避免地會(huì)與前部動(dòng)作相互沖突，而常規(guī)自動(dòng)控制模式下二者之間不能互相疊加執(zhí)行，當(dāng)發(fā)生沖突時(shí)，后部動(dòng)作會(huì)被阻塞，等待前部動(dòng)作全部執(zhí)行完成后才會(huì)繼續(xù)執(zhí)行原有動(dòng)作，使得放煤速度過慢。此外，后部刮板輸送機(jī)、泵站等外部設(shè)備并沒有實(shí)現(xiàn)有效關(guān)聯(lián)，還需要人為管控，運(yùn)行效率低。

3） 自動(dòng)放煤質(zhì)量難以把控。進(jìn)行自動(dòng)跟機(jī)放煤時(shí)工序較為死板，不能依據(jù)不同工況進(jìn)行精準(zhǔn)決策，導(dǎo)致實(shí)際放煤效果參差不齊。由于各個(gè)支架具有差異性，雖然設(shè)置的參數(shù)相同，但對(duì)于控制器所發(fā)出命令的執(zhí)行情況也不能做到統(tǒng)一，尾梁、插板等組件動(dòng)作到位與否也會(huì)影響后續(xù)放煤質(zhì)量。

2 規(guī)劃放煤控制系統(tǒng)

規(guī)劃放煤控制系統(tǒng)包括規(guī)劃放煤管控單元和窗口決策單元，如圖1 所示。規(guī)劃放煤管控單元通過異步遞進(jìn)的放煤調(diào)度策略、柔性切換技術(shù)及規(guī)劃放煤工藝編輯引擎，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)位置弱關(guān)聯(lián)的自動(dòng)順序放煤及工藝在線編輯，通過關(guān)聯(lián)后部刮板輸送機(jī)負(fù)載，動(dòng)態(tài)調(diào)整工藝啟停，保障刮板輸送機(jī)安全作業(yè)。窗口決策單元通過PID 控制算法動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)尾梁角度，實(shí)現(xiàn)放煤窗口反饋控制，引入深度學(xué)習(xí)模型對(duì)放煤窗口大小進(jìn)行智能決策，以適應(yīng)不同工況，提高放煤質(zhì)量。

2.1 規(guī)劃放煤管控單元

規(guī)劃放煤管控單元為系統(tǒng)調(diào)度核心，負(fù)責(zé)控制整個(gè)規(guī)劃放煤任務(wù)。在全工作面自動(dòng)跟機(jī)工藝的基礎(chǔ)上，針對(duì)后部放煤順序、輪次和作用域的實(shí)際要求，提出了基于異步遞進(jìn)的放煤調(diào)度策略與柔性切換技術(shù)，在確保安全的前提下，將自動(dòng)放煤與采煤機(jī)工況解耦合，按設(shè)定依次作業(yè)，大幅提升自動(dòng)執(zhí)行完成率。