煤礦井下采煤機智能綜采控制系統分析

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

關鍵詞：采煤機智能控制綜采作業經濟性

引言

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

1煤礦井下智能綜采控制系統原理及結構

通過對采煤機井下綜采作業時各機構之間聯動配合關系的分析，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[2]。由圖1可知，該智能化綜采控制系統主要包括機械、驅動、控制及修正四大部分。該控制系統在進行應用時先由專業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，此時智能綜采作業控制系統對人工控制下的采煤機的截割路徑和位置坐標進行記錄，用于后續自動截割控制。系統錄入控制信息后根據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對采煤機綜采作業的智能控制。在該智能控制系統中，不僅是靠記憶截割作業，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控，在按照記憶截割路徑進行截割作業的前提下，實現對進給速度和截割速度的優化，滿足在各種工況下采煤機截割作業的高效性和經濟性的要求，增強該智能綜采控制系統對煤礦井下復雜環境的適應性。

2智能綜采控制系統的記憶策略

傳統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自動截割作業，但由于煤礦井下地質環境復雜，采煤機在綜采作業過程中作用在截割機構上的阻力變化較大。傳統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，實現對煤礦井下綜采作業的高效控制。

3綜采控制系統的仿真分析

為了對該智能綜采控制系統的應用效果進行分析，本文建立了采煤機截割控制系統的仿真分析模型，對采煤機在不同綜采控制系統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，比優化前降低了約38.9%，在整個截割作業過程中的截割比能耗均低于優化前，因此表明該智能綜采控制系統的有效性。采煤機在不同控制系統下的載荷波動系數[4]。采用傳統控制方案和智能綜采控制方案下，采煤機的載荷波動系數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總小于傳統控制方案，且載荷波動系數的變化更為平緩，能夠有效提升采煤機在載荷突變情況下的穩態特性。

4結論

針目前采煤機綜采控制系統由人工控制所存在的效率低下、穩定性差的缺陷，本文提出了一種新的智能綜采控制系統，對該控制系統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）在該智能控制系統中，其不僅是靠記憶截割作業，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控，在按照記憶截割路徑進行截割作業的前提下，實現對進給速度和截割速度的優化，滿足在各種工況下采煤機截割作業的高效性和經濟性的要求；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，比優化前降低了約38.9%，在整個截割作業過程中的截割比能耗均低于優化前，因此表明該智能綜采控制系統的有效性。

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