談煤礦井下自動(dòng)化綜采工藝應(yīng)用

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［摘要］針對(duì)煤礦井下綜采自動(dòng)化程度低、開(kāi)采效率低、經(jīng)濟(jì)性差的現(xiàn)狀，提出了一種新的煤礦井下自動(dòng)化綜采工藝方案，該方案采用了綜采設(shè)備智能化協(xié)同控制理念，通過(guò)對(duì)各綜采設(shè)備動(dòng)作順序和要求的分析，確定了自動(dòng)化控制方案，以采煤機(jī)的截割狀態(tài)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架和刮板輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的負(fù)反饋調(diào)節(jié)，進(jìn)而為實(shí)現(xiàn)綜采面的無(wú)人化作業(yè)奠定了基礎(chǔ)。實(shí)際應(yīng)用表明，該自動(dòng)化綜采工藝的提升，不僅降低了井下作業(yè)人員的數(shù)量，而且作業(yè)效率提升了13.7%，具有較大的應(yīng)用推廣價(jià)值。

［關(guān)鍵詞］煤礦；自動(dòng)化；協(xié)同控制；綜采工藝

引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)對(duì)煤炭需求量的不斷增加，煤炭生產(chǎn)企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇，現(xiàn)有井下綜采作業(yè)人員多、自動(dòng)化程度低的綜采模式已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)新形勢(shì)下的綜采作業(yè)需求。因此，各煤炭生產(chǎn)企業(yè)不斷尋求提升井下綜采作業(yè)效率、減少綜采作業(yè)人員的新型綜采工藝。基于自動(dòng)化和人工智能控制技術(shù)的不斷發(fā)展，結(jié)合煤礦井下綜采作業(yè)的實(shí)際需求，提出了一種新的煤礦井下自動(dòng)化綜采工藝。該方案采用了綜采設(shè)備智能化協(xié)同控制理念［1］，通過(guò)對(duì)各綜采設(shè)備動(dòng)作順序和要求的分析，確定了自動(dòng)化控制方案，以采煤機(jī)的截割狀態(tài)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架和刮板輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的負(fù)反饋調(diào)節(jié)；針對(duì)傳統(tǒng)控制方案中無(wú)法滿足液壓支架和采煤機(jī)之間精確位置監(jiān)測(cè)的情況，提出了組合式的紅外傳感器控制方案，實(shí)現(xiàn)了綜采作業(yè)過(guò)程中的精確定位。實(shí)際應(yīng)用表明，該自動(dòng)化綜采工藝的提升，不僅降低了井下綜采作業(yè)人員的數(shù)量，而且綜采作業(yè)效率提升了13.7%，顯著提升了煤炭生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1自動(dòng)化綜采工藝方案

由于煤礦井下的機(jī)械化綜采作業(yè)實(shí)際上是以采煤機(jī)的截割運(yùn)行狀態(tài)為基礎(chǔ)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架、刮板輸送機(jī)的控制，因此，本自動(dòng)化綜采工藝方案的控制邏輯便基于該控制流程，所建立的自動(dòng)化綜采控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示［2］。由圖1分析可知，在該控制系統(tǒng)中，首先對(duì)采煤機(jī)的綜采作業(yè)進(jìn)行自動(dòng)化控制，控制的基礎(chǔ)為記憶截割控制理論，通過(guò)該控制方案，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)在煤礦井下復(fù)雜環(huán)境中的自動(dòng)截割作業(yè)。系統(tǒng)將采煤機(jī)截割作業(yè)路徑規(guī)劃傳遞給液壓支架控制裝置及刮板輸送機(jī)控制系統(tǒng)，控制采煤機(jī)前后的液壓支架在運(yùn)行過(guò)程中自動(dòng)實(shí)現(xiàn)護(hù)幫板收放及移架作業(yè)，同時(shí)根據(jù)液壓支架的調(diào)整情況，結(jié)合采煤機(jī)的位置和截割作業(yè)時(shí)的進(jìn)給速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)刮板輸送機(jī)直線度的靈活調(diào)整，根據(jù)采煤機(jī)的截割速度實(shí)現(xiàn)對(duì)刮板輸送機(jī)運(yùn)行速度的靈活調(diào)整，滿足采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)的聯(lián)合運(yùn)行控制需求。

2液壓支架自動(dòng)調(diào)節(jié)原理

井下液壓支架自動(dòng)控制的原理首先是精確判定各個(gè)液壓支架和采煤機(jī)之間的相對(duì)位置關(guān)系，然后結(jié)合采煤機(jī)截割作業(yè)的截割姿態(tài)、進(jìn)給速度等，控制液壓支架護(hù)幫板的收放，滿足自動(dòng)控制需求。根據(jù)液壓支架和采煤機(jī)的相對(duì)位置狀態(tài)，在采煤機(jī)綜采作業(yè)方向上的前3個(gè)液壓支架需要完全收回護(hù)幫板，第4~5個(gè)液壓支架的護(hù)幫板收回3/4，第6~7個(gè)液壓支架的護(hù)幫板收回1/2，第8個(gè)液壓支架的護(hù)幫板收回1/4。液壓支架的動(dòng)作是通過(guò)支架控制器實(shí)現(xiàn)的，為了確保對(duì)液壓支架動(dòng)作控制的精確性，每個(gè)液壓支架上均設(shè)置1個(gè)支架控制器，液壓支架的跟機(jī)動(dòng)作如圖2所示。液壓支架調(diào)節(jié)的依據(jù)是支架相對(duì)于采煤機(jī)位置的精確判斷。由于煤礦井下地質(zhì)條件復(fù)雜、能見(jiàn)度低下，傳統(tǒng)的激光測(cè)距定位方案精度差，無(wú)法滿足自動(dòng)化控制調(diào)節(jié)的需求，因此，提出了一種新的組合式的紅外測(cè)距定位方案。該測(cè)距定位原理如圖3所示。由圖3分析可知，該紅外測(cè)距定位系統(tǒng)由安裝在采煤機(jī)上的紅外線發(fā)射裝置和安裝在液壓支架上的紅外接收裝置構(gòu)成，紅外線傳感器安裝在采煤機(jī)和液壓支架的中間部位，在運(yùn)行過(guò)程中采煤機(jī)上的發(fā)射裝置不斷發(fā)出紅外線信號(hào)，位于采煤機(jī)附近的液壓支架上的接收裝置會(huì)接收到不同強(qiáng)度的紅外線信號(hào)，通過(guò)邏輯控制算法即可解算各個(gè)液壓支架和采煤機(jī)的相對(duì)位置狀態(tài)，然后將相對(duì)位置狀態(tài)信息傳遞給液壓支架上的支架控制器，進(jìn)而控制液壓支架執(zhí)行相應(yīng)的控制動(dòng)作。

3采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)聯(lián)動(dòng)控制

刮板輸送機(jī)根據(jù)液壓支架的運(yùn)行情況，在調(diào)整直線度需求后，還需要根據(jù)采煤機(jī)的綜采作業(yè)情況，實(shí)現(xiàn)和采煤機(jī)之間的聯(lián)動(dòng)控制，避免出現(xiàn)運(yùn)量不足或者溢煤現(xiàn)象。在調(diào)節(jié)過(guò)程中遵循了最佳運(yùn)量匹配理論，系統(tǒng)內(nèi)存儲(chǔ)有刮板輸送機(jī)的最大負(fù)載運(yùn)量，系統(tǒng)將采煤機(jī)記憶截割狀態(tài)和刮板輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行匹配，當(dāng)綜采量大于刮板輸送機(jī)當(dāng)前的運(yùn)量時(shí)，刮板輸送機(jī)提升運(yùn)行速度，加大對(duì)煤炭的運(yùn)輸；若刮板輸送機(jī)達(dá)到最大運(yùn)量依然無(wú)法滿足采煤機(jī)的綜采作業(yè)需求時(shí)，系統(tǒng)將控制采煤機(jī)調(diào)整截割作業(yè)速度和進(jìn)給速度，從而匹配刮板輸送機(jī)的最大運(yùn)輸能力需求；當(dāng)采煤機(jī)的綜采作業(yè)情況不滿足刮板輸送機(jī)的運(yùn)量需求時(shí)，系統(tǒng)則控制刮板輸送機(jī)降速運(yùn)行，從而保證刮板輸送機(jī)上的煤炭量，實(shí)現(xiàn)井下采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)運(yùn)行的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制，滿足經(jīng)濟(jì)性和安全性的運(yùn)行需求。采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)的聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)控制邏輯如圖4所示。煤礦井下實(shí)際應(yīng)用情況表明，采用該自動(dòng)控制系后，井下綜采面的作業(yè)人員數(shù)量降低了86%，綜采作業(yè)效率提升了13.7%，顯著提升了煤礦井下綜采作業(yè)的安全性和效率，對(duì)提升煤炭生產(chǎn)企業(yè)的綜采經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的意義。

4結(jié)語(yǔ)

針對(duì)煤礦井下綜采自動(dòng)化程度低、開(kāi)采效率低、經(jīng)濟(jì)性差的現(xiàn)狀，提出了一種新的煤礦井下自動(dòng)化綜采工藝方案，采用了綜采設(shè)備智能化協(xié)同控制理念，確定了自動(dòng)化控制方案，以采煤機(jī)的截割狀態(tài)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架和刮板輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的負(fù)反饋調(diào)節(jié)，進(jìn)而為實(shí)現(xiàn)綜采面的無(wú)人化作業(yè)奠定了基礎(chǔ)。

［參考文獻(xiàn)］

［1］范京道.煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2017，45（9）:65-71.

［2］張科學(xué)，李首濱，何滿潮，等.智能化無(wú)人開(kāi)采系列關(guān)鍵技術(shù)之一:綜采智能化工作面調(diào)斜控制技術(shù)研究［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2018，46（1）:139-149.

作者：王小亮 單位：潞安環(huán)保能源開(kāi)發(fā)股份有限公司