談煤礦井下自動化綜采工藝應(yīng)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(jīng)濟(jì)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(shè)備智能化協(xié)同控制理念，通過對各綜采設(shè)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(jī)的截割狀態(tài)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對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)而為實現(xiàn)綜采面的無人化作業(yè)奠定了基礎(chǔ)。實際應(yīng)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(shù)量，而且作業(yè)效率提升了13.7%，具有較大的應(yīng)用推廣價值。
［關(guān)鍵詞］煤礦；自動化；協(xié)同控制；綜采工藝
引言
隨著經(jīng)濟(jì)社會對煤炭需求量的不斷增加，煤炭生產(chǎn)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(jīng)無法適應(yīng)新形勢下的綜采作業(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(shè)備智能化協(xié)同控制理念［1］，通過對各綜采設(shè)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(jī)的截割狀態(tài)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對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)；針對傳統(tǒng)控制方案中無法滿足液壓支架和采煤機(jī)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(yīng)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(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自動化綜采工藝方案
由于煤礦井下的機(jī)械化綜采作業(yè)實際上是以采煤機(jī)的截割運(yùn)行狀態(tài)為基礎(chǔ)，來實現(xiàn)對液壓支架、刮板輸送機(jī)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(jié)構(gòu)如圖1所示［2］。由圖1分析可知，在該控制系統(tǒng)中，首先對采煤機(jī)的綜采作業(yè)進(jìn)行自動化控制，控制的基礎(chǔ)為記憶截割控制理論，通過該控制方案，實現(xiàn)采煤機(jī)在煤礦井下復(fù)雜環(huán)境中的自動截割作業(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)行過程中自動實現(xiàn)護(hù)幫板收放及移架作業(yè)，同時根據(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)時的進(jìn)給速度，實現(xiàn)對刮板輸送機(jī)直線度的靈活調(diào)整，根據(jù)采煤機(jī)的截割速度實現(xiàn)對刮板輸送機(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液壓支架自動調(diào)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(jī)之間的相對位置關(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，滿足自動控制需求。根據(jù)液壓支架和采煤機(jī)的相對位置狀態(tài)，在采煤機(jī)綜采作業(yè)方向上的前3個液壓支架需要完全收回護(hù)幫板，第4~5個液壓支架的護(hù)幫板收回3/4，第6~7個液壓支架的護(hù)幫板收回1/2，第8個液壓支架的護(hù)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(shè)置1個支架控制器，液壓支架的跟機(jī)動作如圖2所示。液壓支架調(diào)節(jié)的依據(jù)是支架相對于采煤機(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(diào)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(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)行過程中采煤機(jī)上的發(fā)射裝置不斷發(fā)出紅外線信號，位于采煤機(jī)附近的液壓支架上的接收裝置會接收到不同強(qiáng)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(jī)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(jìn)而控制液壓支架執(zhí)行相應(yīng)的控制動作。
3采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)聯(lián)動控制
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，實現(xiàn)和采煤機(jī)之間的聯(lián)動控制，避免出現(xiàn)運(yùn)量不足或者溢煤現(xiàn)象。在調(diào)節(jié)過程中遵循了最佳運(yùn)量匹配理論，系統(tǒng)內(nèi)存儲有刮板輸送機(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，刮板輸送機(jī)提升運(yùn)行速度，加大對煤炭的運(yùn)輸；若刮板輸送機(jī)達(dá)到最大運(yùn)量依然無法滿足采煤機(jī)的綜采作業(yè)需求時，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，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，實現(xiàn)井下采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)運(yùn)行的自動調(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)動調(diào)節(jié)控制邏輯如圖4所示。煤礦井下實際應(yīng)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(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
針對煤礦井下綜采自動化程度低、開采效率低、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，確定了自動化控制方案，以采煤機(jī)的截割狀態(tài)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對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)而為實現(xiàn)綜采面的無人化作業(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.智能化無人開采系列關(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)保能源開發(fā)股份有限公司
