煤礦井下采煤機智能綜采控制系統(tǒng)分析

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摘要：鑒于人工控制采煤機進行綜采作業(yè)方式極易出現(xiàn)過采、觸頂現(xiàn)象等問題，分析一種采煤機智能綜采控制系統(tǒng)。這種控制方式利用人工記憶截割原理實現(xiàn)對采煤機綜采作業(yè)過程中截割路徑的精確控制，可實現(xiàn)采煤機的遠程控制，不僅可以減少井下作業(yè)面人員，而且可以極大地提升采煤機截割作業(yè)的精確性。

關鍵詞：采煤機智能控制綜采作業(yè)經(jīng)濟性

引言

由于目前多數(shù)煤礦均采用人工控制采煤機進行綜采作業(yè)的方式進行生產，受人員操作水平及井下惡劣環(huán)境的限制，采煤機綜采作業(yè)過程中極易出現(xiàn)過采、觸頂現(xiàn)象，導致綜采作業(yè)停滯，給煤炭生產企業(yè)造成了嚴重的經(jīng)濟損失[1]，因此本文分析一種采煤機智能綜采控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以人工記憶截割原理為基礎，結合遠程自動化控制技術，可實現(xiàn)對采煤機煤礦井下綜采作業(yè)的智能控制，不僅降低綜采面人員數(shù)量，而且極大地提升綜采作業(yè)的效率和穩(wěn)定性。

1煤礦井下智能綜采控制系統(tǒng)原理及結構

通過對采煤機井下綜采作業(yè)時各機構之間聯(lián)動配合關系的分析，結合煤礦井下實際情況及采煤機綜采作業(yè)的控制要求，本文采用了如圖1所示的采煤機智能綜采控制系統(tǒng)[2]。由圖1可知，該智能化綜采控制系統(tǒng)主要包括機械、驅動、控制及修正四大部分。該控制系統(tǒng)在進行應用時先由專業(yè)技術人員對井下綜采面煤層的分布和地質信息進行分析，根據(jù)井下實際情況設定一個合理的截割路徑方案，以滿足自動截割和綜采率的需求，確定方案后由控制人員手動控制截割機構進行人工控制下的截割作業(yè)，此時智能綜采作業(yè)控制系統(tǒng)對人工控制下的采煤機的截割路徑和位置坐標進行記錄，用于后續(xù)自動截割控制。系統(tǒng)錄入控制信息后根據(jù)預先設定的修正方案，對采煤機的路徑信息進行修正，并通過對采煤機的截割滾筒和進給速度實現(xiàn)對采煤機綜采作業(yè)的智能控制。在該智能控制系統(tǒng)中，不僅是靠記憶截割作業(yè)，而且更多的是通過對采煤機的截割轉速和進給速度綜合監(jiān)控，在按照記憶截割路徑進行截割作業(yè)的前提下，實現(xiàn)對進給速度和截割速度的優(yōu)化，滿足在各種工況下采煤機截割作業(yè)的高效性和經(jīng)濟性的要求，增強該智能綜采控制系統(tǒng)對煤礦井下復雜環(huán)境的適應性。

2智能綜采控制系統(tǒng)的記憶策略

傳統(tǒng)的記憶截割控制策略主要是通過記錄人工控制下的采煤機截割滾筒的截割路徑來實現(xiàn)自動截割作業(yè)，但由于煤礦井下地質環(huán)境復雜，采煤機在綜采作業(yè)過程中作用在截割機構上的阻力變化較大。傳統(tǒng)的記憶截割在應用過程中存在著靈活性差、綜采效率低下的問題，因此本文在傳統(tǒng)記憶截割的基礎上提出了一種融合了煤層截割阻力預判系統(tǒng)的智能化的記憶截割綜采策略[3]，其利用對煤層地質條件的勘察，評估出各個路徑上的煤炭的硬度情況，結合采煤機井下定位技術，在不同的階段實現(xiàn)對采煤機綜采截割轉速和進給速度的雙重控制，在此基礎上結合記憶截割原理，實現(xiàn)對煤礦井下綜采作業(yè)的高效控制。

3綜采控制系統(tǒng)的仿真分析

為了對該智能綜采控制系統(tǒng)的應用效果進行分析，本文建立了采煤機截割控制系統(tǒng)的仿真分析模型，對采煤機在不同綜采控制系統(tǒng)作用下的控制效果進行仿真分析。由仿真分析結果可知，采用傳統(tǒng)的控制方案下采煤機工作過程中的比能耗隨著截割阻抗的增加而增加，最大比能耗為0.036kWh/m3，當采用優(yōu)化后的智能綜采控制方案時，工作過程中的比能耗同樣隨著截割阻抗的增加而逐漸增大，但其最大比能耗約為0.022kWh/m3，比優(yōu)化前降低了約38.9%，在整個截割作業(yè)過程中的截割比能耗均低于優(yōu)化前，因此表明該智能綜采控制系統(tǒng)的有效性。采煤機在不同控制系統(tǒng)下的載荷波動系數(shù)[4]。采用傳統(tǒng)控制方案和智能綜采控制方案下，采煤機的載荷波動系數(shù)均隨著截割阻抗的增加而降低，但智能綜采控制下其載荷波動系數(shù)總小于傳統(tǒng)控制方案，且載荷波動系數(shù)的變化更為平緩，能夠有效提升采煤機在載荷突變情況下的穩(wěn)態(tài)特性。

4結論

針目前采煤機綜采控制系統(tǒng)由人工控制所存在的效率低下、穩(wěn)定性差的缺陷，本文提出了一種新的智能綜采控制系統(tǒng)，對該控制系統(tǒng)的整體結構和工作原理進行了分析，同時對不同控制方案下的控制效果進行了仿真分析，結果表明：1）在該智能控制系統(tǒng)中，其不僅是靠記憶截割作業(yè)，而且更多的是通過對采煤機的截割轉速和進給速度綜合監(jiān)控，在按照記憶截割路徑進行截割作業(yè)的前提下，實現(xiàn)對進給速度和截割速度的優(yōu)化，滿足在各種工況下采煤機截割作業(yè)的高效性和經(jīng)濟性的要求；2）智能綜采控制方案工作過程中的最大比能耗約為0.022kWh/m3，比優(yōu)化前降低了約38.9%，在整個截割作業(yè)過程中的截割比能耗均低于優(yōu)化前，因此表明該智能綜采控制系統(tǒng)的有效性。

參考文獻

[1]葛世榮.智能化采煤裝備的關鍵技術智能化采煤裝備的關鍵技術[J].煤炭科學技術，2014，42（9）：7-11.

[2]劉俊利，趙豪杰，李長有.基于采煤機滾筒截割特性的煤巖識別方法[J].煤炭科學技術，2013，41（10）：93-95.

[3]劉春生，陳金國.單向示范刀采煤機記憶截割的模糊自適應PID控制仿真[J].遼寧工程技術大學學報(自然科學版)，2013（1）：85-88.

作者：劉建飛 單位：呂梁市煤炭信息調度中心