煤礦井下采煤機(jī)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(jī)進(jìn)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(jī)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(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)綜采作業(yè)過程中截割路徑的精確控制，可實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的遠(yuǎn)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(jī)截割作業(yè)的精確性。

關(guān)鍵詞：采煤機(jī)智能控制綜采作業(yè)經(jīng)濟(jì)性

引言

由于目前多數(shù)煤礦均采用人工控制采煤機(jī)進(jìn)行綜采作業(yè)的方式進(jìn)行生產(chǎn)，受人員操作水平及井下惡劣環(huán)境的限制，采煤機(jī)綜采作業(yè)過程中極易出現(xiàn)過采、觸頂現(xiàn)象，導(dǎo)致綜采作業(yè)停滯，給煤炭生產(chǎn)企業(yè)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[1]，因此本文分析一種采煤機(jī)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(chǔ)，結(jié)合遠(yuǎn)程自動化控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)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(jié)構(gòu)

通過對采煤機(jī)井下綜采作業(yè)時(shí)各機(jī)構(gòu)之間聯(lián)動配合關(guān)系的分析，結(jié)合煤礦井下實(shí)際情況及采煤機(jī)綜采作業(yè)的控制要求，本文采用了如圖1所示的采煤機(jī)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(jī)械、驅(qū)動、控制及修正四大部分。該控制系統(tǒng)在進(jìn)行應(yīng)用時(shí)先由專業(yè)技術(shù)人員對井下綜采面煤層的分布和地質(zhì)信息進(jìn)行分析，根據(jù)井下實(shí)際情況設(shè)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(jī)構(gòu)進(jìn)行人工控制下的截割作業(yè)，此時(shí)智能綜采作業(yè)控制系統(tǒng)對人工控制下的采煤機(jī)的截割路徑和位置坐標(biāo)進(jìn)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(yù)先設(shè)定的修正方案，對采煤機(jī)的路徑信息進(jìn)行修正，并通過對采煤機(jī)的截割滾筒和進(jìn)給速度實(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)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(jī)的截割轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度綜合監(jiān)控，在按照記憶截割路徑進(jìn)行截割作業(yè)的前提下，實(shí)現(xiàn)對進(jìn)給速度和截割速度的優(yōu)化，滿足在各種工況下采煤機(jī)截割作業(yè)的高效性和經(jīng)濟(jì)性的要求，增強(qiáng)該智能綜采控制系統(tǒng)對煤礦井下復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)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(jī)截割滾筒的截割路徑來實(shí)現(xiàn)自動截割作業(yè)，但由于煤礦井下地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，采煤機(jī)在綜采作業(yè)過程中作用在截割機(jī)構(gòu)上的阻力變化較大。傳統(tǒng)的記憶截割在應(yīng)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(chǔ)上提出了一種融合了煤層截割阻力預(yù)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(zhì)條件的勘察，評估出各個路徑上的煤炭的硬度情況，結(jié)合采煤機(jī)井下定位技術(shù)，在不同的階段實(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)綜采截割轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度的雙重控制，在此基礎(chǔ)上結(jié)合記憶截割原理，實(shí)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(yīng)用效果進(jìn)行分析，本文建立了采煤機(jī)截割控制系統(tǒng)的仿真分析模型，對采煤機(jī)在不同綜采控制系統(tǒng)作用下的控制效果進(jìn)行仿真分析。由仿真分析結(jié)果可知，采用傳統(tǒng)的控制方案下采煤機(jī)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(dāng)采用優(yōu)化后的智能綜采控制方案時(shí)，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(jī)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(jī)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(jī)在載荷突變情況下的穩(wěn)態(tài)特性。

4結(jié)論

針目前采煤機(jī)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(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了分析，同時(shí)對不同控制方案下的控制效果進(jìn)行了仿真分析，結(jié)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(jī)的截割轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度綜合監(jiān)控，在按照記憶截割路徑進(jìn)行截割作業(yè)的前提下，實(shí)現(xiàn)對進(jìn)給速度和截割速度的優(yōu)化，滿足在各種工況下采煤機(jī)截割作業(yè)的高效性和經(jīng)濟(jì)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(xiàn)

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

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

[3]劉春生，陳金國.單向示范刀采煤機(jī)記憶截割的模糊自適應(yīng)PID控制仿真[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013（1）：85-88.

作者：劉建飛 單位：呂梁市煤炭信息調(diào)度中心