談煤礦井下自動化綜采工藝應用

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［摘要］針對煤礦井下綜采自動化程度低、開采效率低、經濟性差的現(xiàn)狀，提出了一種新的煤礦井下自動化綜采工藝方案，該方案采用了綜采設備智能化協(xié)同控制理念，通過對各綜采設備動作順序和要求的分析，確定了自動化控制方案，以采煤機的截割狀態(tài)為基礎，實現(xiàn)對液壓支架和刮板輸送機運行狀態(tài)的負反饋調節(jié)，進而為實現(xiàn)綜采面的無人化作業(yè)奠定了基礎。實際應用表明，該自動化綜采工藝的提升，不僅降低了井下作業(yè)人員的數量，而且作業(yè)效率提升了13.7%，具有較大的應用推廣價值。

［關鍵詞］煤礦；自動化；協(xié)同控制；綜采工藝

引言

隨著經濟社會對煤炭需求量的不斷增加，煤炭生產企業(yè)之間的競爭不斷加劇，現(xiàn)有井下綜采作業(yè)人員多、自動化程度低的綜采模式已經無法適應新形勢下的綜采作業(yè)需求。因此，各煤炭生產企業(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?；谧詣踊腿斯ぶ悄芸刂萍夹g的不斷發(fā)展，結合煤礦井下綜采作業(yè)的實際需求，提出了一種新的煤礦井下自動化綜采工藝。該方案采用了綜采設備智能化協(xié)同控制理念［1］，通過對各綜采設備動作順序和要求的分析，確定了自動化控制方案，以采煤機的截割狀態(tài)為基礎，實現(xiàn)對液壓支架和刮板輸送機運行狀態(tài)的負反饋調節(jié)；針對傳統(tǒng)控制方案中無法滿足液壓支架和采煤機之間精確位置監(jiān)測的情況，提出了組合式的紅外傳感器控制方案，實現(xiàn)了綜采作業(yè)過程中的精確定位。實際應用表明，該自動化綜采工藝的提升，不僅降低了井下綜采作業(yè)人員的數量，而且綜采作業(yè)效率提升了13.7%，顯著提升了煤炭生產企業(yè)的經濟效益。

1自動化綜采工藝方案

由于煤礦井下的機械化綜采作業(yè)實際上是以采煤機的截割運行狀態(tài)為基礎，來實現(xiàn)對液壓支架、刮板輸送機的控制，因此，本自動化綜采工藝方案的控制邏輯便基于該控制流程，所建立的自動化綜采控制系統(tǒng)結構如圖1所示［2］。由圖1分析可知，在該控制系統(tǒng)中，首先對采煤機的綜采作業(yè)進行自動化控制，控制的基礎為記憶截割控制理論，通過該控制方案，實現(xiàn)采煤機在煤礦井下復雜環(huán)境中的自動截割作業(yè)。系統(tǒng)將采煤機截割作業(yè)路徑規(guī)劃傳遞給液壓支架控制裝置及刮板輸送機控制系統(tǒng)，控制采煤機前后的液壓支架在運行過程中自動實現(xiàn)護幫板收放及移架作業(yè)，同時根據液壓支架的調整情況，結合采煤機的位置和截割作業(yè)時的進給速度，實現(xiàn)對刮板輸送機直線度的靈活調整，根據采煤機的截割速度實現(xiàn)對刮板輸送機運行速度的靈活調整，滿足采煤機、液壓支架、刮板輸送機的聯(lián)合運行控制需求。

2液壓支架自動調節(jié)原理

井下液壓支架自動控制的原理首先是精確判定各個液壓支架和采煤機之間的相對位置關系，然后結合采煤機截割作業(yè)的截割姿態(tài)、進給速度等，控制液壓支架護幫板的收放，滿足自動控制需求。根據液壓支架和采煤機的相對位置狀態(tài)，在采煤機綜采作業(yè)方向上的前3個液壓支架需要完全收回護幫板，第4~5個液壓支架的護幫板收回3/4，第6~7個液壓支架的護幫板收回1/2，第8個液壓支架的護幫板收回1/4。液壓支架的動作是通過支架控制器實現(xiàn)的，為了確保對液壓支架動作控制的精確性，每個液壓支架上均設置1個支架控制器，液壓支架的跟機動作如圖2所示。液壓支架調節(jié)的依據是支架相對于采煤機位置的精確判斷。由于煤礦井下地質條件復雜、能見度低下，傳統(tǒng)的激光測距定位方案精度差，無法滿足自動化控制調節(jié)的需求，因此，提出了一種新的組合式的紅外測距定位方案。該測距定位原理如圖3所示。由圖3分析可知，該紅外測距定位系統(tǒng)由安裝在采煤機上的紅外線發(fā)射裝置和安裝在液壓支架上的紅外接收裝置構成，紅外線傳感器安裝在采煤機和液壓支架的中間部位，在運行過程中采煤機上的發(fā)射裝置不斷發(fā)出紅外線信號，位于采煤機附近的液壓支架上的接收裝置會接收到不同強度的紅外線信號，通過邏輯控制算法即可解算各個液壓支架和采煤機的相對位置狀態(tài)，然后將相對位置狀態(tài)信息傳遞給液壓支架上的支架控制器，進而控制液壓支架執(zhí)行相應的控制動作。

3采煤機、刮板輸送機聯(lián)動控制

刮板輸送機根據液壓支架的運行情況，在調整直線度需求后，還需要根據采煤機的綜采作業(yè)情況，實現(xiàn)和采煤機之間的聯(lián)動控制，避免出現(xiàn)運量不足或者溢煤現(xiàn)象。在調節(jié)過程中遵循了最佳運量匹配理論，系統(tǒng)內存儲有刮板輸送機的最大負載運量，系統(tǒng)將采煤機記憶截割狀態(tài)和刮板輸送機的運行狀態(tài)進行匹配，當綜采量大于刮板輸送機當前的運量時，刮板輸送機提升運行速度，加大對煤炭的運輸；若刮板輸送機達到最大運量依然無法滿足采煤機的綜采作業(yè)需求時，系統(tǒng)將控制采煤機調整截割作業(yè)速度和進給速度，從而匹配刮板輸送機的最大運輸能力需求；當采煤機的綜采作業(yè)情況不滿足刮板輸送機的運量需求時，系統(tǒng)則控制刮板輸送機降速運行，從而保證刮板輸送機上的煤炭量，實現(xiàn)井下采煤機、刮板輸送機運行的自動調節(jié)控制，滿足經濟性和安全性的運行需求。采煤機和刮板輸送機的聯(lián)動調節(jié)控制邏輯如圖4所示。煤礦井下實際應用情況表明，采用該自動控制系后，井下綜采面的作業(yè)人員數量降低了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，對提升煤炭生產企業(yè)的綜采經濟性具有十分重要的意義。

4結語

針對煤礦井下綜采自動化程度低、開采效率低、經濟性差的現(xiàn)狀，提出了一種新的煤礦井下自動化綜采工藝方案，采用了綜采設備智能化協(xié)同控制理念，確定了自動化控制方案，以采煤機的截割狀態(tài)為基礎，實現(xiàn)對液壓支架和刮板輸送機運行狀態(tài)的負反饋調節(jié)，進而為實現(xiàn)綜采面的無人化作業(yè)奠定了基礎。

［參考文獻］

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

［2］張科學，李首濱，何滿潮，等.智能化無人開采系列關鍵技術之一:綜采智能化工作面調斜控制技術研究［J］.煤炭科學技術，2018，46（1）:139-149.

作者：王小亮 單位：潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司