采煤机记忆割煤数学分析及实现方法(1).pdf

第 4 3卷 第 9期 2 0 1 7年 9月 工矿 自 动化 I n dus t r y a n d M i ne Au t oma t i on Vo 1 ． 4 3 NO ． 9 S e p ． 2 01 7 ’ ’ ’ i 科研成果 l ⋯ ’ 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 7 0 9 0 0 2 6 0 6 D OI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 7 ． 0 9 ． 0 0 5 采煤机记忆割煤数学分析及实现方法 孙卓 常州联 力 自动 化科技 有 限公 司 ，江苏 常州 2 1 3 1 2 5 摘要 现有采煤机 自动化割煤方法缺乏合适的数 学模型及算法， 无法实现长期、 连续 自动化割煤 ， 制约 了 工作 面 自动化 水平 的提 高 。针 对 该 问题 ， 在 三 维 坐标 系 中分析 了采 煤机 姿 态 、 位 置与截 割 高度之 间 的函数 关 系， 建 立 了基 于静止 坐标 系和 运动 坐标 系的采煤机 运 动 方程 ， 并 提 出 了基 于运 动 坐标 系的双 示 范 刀 、 单 示 范 刀记 忆割 煤算 法及 具体 实现 方法 。在锦 界 煤矿 3 1 1 1 2工作 面应 用单示 范 刀记 忆 割煤 算法进 行 长期 自动化 割 煤 ， 实现 了包括 三 角 区在 内的全 工作 面 区域 自动 化割 煤 ， 证 明 了算 法的 正确性 、 可行性及 鲁棒 性 。 关键词 煤 炭 开采 ；采煤 机 ； 自动 化割 煤 ；记 忆割 煤 ；单 示 范刀 ；双示 范刀 ； 运 动 坐标 系 中 图分 类号 TD 4 2 1 ． 6 文献标 志码 A 网络 出版时 间 2 0 1 7 0 8 2 8 1 0 2 9 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ k n s ． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P ． 2 0 1 7 0 8 2 8 ． 1 0 2 9 ． 0 0 5 ． h t ml Ma t he ma t i c a l a n a l ys i s o f me mo r y c o a l c ut t i ng o f s he a r e r a nd i t s i mpl e me nt a t i o n S U N Zhu o Ch a ng z hou Li a nl i Aut oma t i o n Te c hn o l og y Co． ，Lt d． ，Cha ng z h ou 2 1 31 2 5，Ch i na Abs t r a c t Ex i s t i n g a ut o ma t i c c o a l c ut t i ng me t h od s o f s he a r e r l a c k a p pr op r i a t e ma t he ma t i c a l mo de l a nd a l go r i t h m a nd c a nn ot r e a l i z e l o ng t e r m a nd c o nt i nuo us au t o ma t i c c o a l c ut t i ng，whi c h r e s t r i c t i m p r o v e me n t o f wo r ki n g f ac e a ut o ma t i o n l e v e 1 ． For a b o ve pr ob l e ms， f u nc t i o n r e l a t i o ns hi ps a mo ng s he a r e r a t t i t ud e， s h e a r e r po s i t i o n a nd c u t t i ng he i ght we r e a na l y z e d i n 3 D c o o r di n a t e s ys t e m ．M o t i o n e q u a t i o ns of s he a r e r we r e bui l t b a s e d o n s t a t i o na r y a nd mo vi n g c oo r di na t e s ys t e m s s e p a r a t e l y．M e mo r y c o a l c ut t i n g a l g or i t h m s of do ub l e de m o kn i ve s a nd s i n gl e d e mo kni f e we r e pr e s e n t e d a s we l l a s t he i r i m pl e m e nt a t i o n me t h od s i n t h e m o v i ng c o or d i na t e s y s t e m r e s pe c t i v e l y．The m e m o r y c oa l c ut t i ng a l g o r i t hm of s i n gl e de mo kn i f e i s a pp l i e d i n No ． 3 1 l 1 2 wo r k i n g f a c e o f J i n j i e Co a l Mi n e f o r a u t o ma t i c c o a l c u t t i n g i n t h e wh o l e wo r k i n g f a c e i n c l u d i n g t r i a ng l e a r e a，whi c h v e r i f i e s c o r r e c t n e s s ，e f f e c t i ve ne s s a n d r obu s t ne s s o f t he a l g o r i t hm ． Ke y wo r d s c o a l mi ni n g； s he a r e r；a ut o m a t i c c o a l c u t t i ng；m e m o r y c o a l c ut t i ng；s i n gl e de m o k ni f e； do ub l e d e mo kn i ve s；m o v i ng c o or d i n a t e s y s t e m 0 引言 自动 化 割煤 是高 端 采煤 机 、 自动 化 工 作 面控 制 系统 需要 突破 的关 键 技 术 ， 其 难 点 在 于摇 臂 自动 调 高 采 煤机 根据 工作 面实 际 情 况 自动调 节 前 后 摇 臂 的高 度 ， 前 滚筒 割顶 煤 ， 后 滚筒 割底 煤 ， 尽量 多采煤 、 少 割 岩石 ， 同时 割 出平整 的顶板 与 底板 轮廓 ， 提高 工 程 质 量 。 目前研 究较 多 的 自动化 割煤方 法有 记忆 割 收稿 日期 2 0 1 7 0 3 2 7 ； 修 回日期 2 0 1 7 - 0 7 2 0 ； 责任编辑 李 明。 基金项 目 江苏省科技成果转化专项资金联合招标项 目 B A2 0 1 4 0 2 6 。 作者简 介 孙卓 1 9 7 5 一 ， 男 ， 山东烟台人 ， 副研究员 ， 博士 ， 研究方向为电力 电子 、 电气 自动化 ， Ema i l s u n z h u o t s i n g h u a ． o r g ． c n 。 引用格 式 孙卓． 采煤机记忆割煤数学分析及实现方法E J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 7 ， 4 3 9 2 6 3 1 ． S UN Z h u o ． Ma t h e ma t i c a l a n a l y s i s o f me mo r y c o a l c u t t i n g o f s h e a r e r a n d i t s i mp l e me n t a t i o n [ J ] ． I n d u s t r y a n d Mi n e Au t o ma t i o n ， 2 0 1 7 4 3 9 2 6 31 ． 2 0 1 7年 第 9期 孙 卓 采 煤机 记 忆割煤 数 学分析 及 实现 方 法 2 7 煤 法 、 顺 序 表法 、 基于 煤岩识 别 的 自动截 割法 等 ] 。 记 忆割 煤法 割煤 效 果受 地 质 条 件 影 响很 大 ， 较其 他 2种 方 法 更 容 易 实 现 ， 因 此在 地 质 条 件 较 好 的煤 矿 有 实用 价值 ， 是 自动 化割 煤 的重 点 研究 方 向 。顺 序 表 法在 编制 采煤 机 逻辑 动作 顺 序 表 时 ， 需 要 人 工测 量 工作 面 的数据 ， 工作 量大 、 效 率较 低 、 可 重复 性差 ， 且工程质量差 ， 实际中很少使用 。基于煤岩识别 的 自动截 割法 属 于闭 环 控制 方 法 ， 是 自动 化 割 煤 技术 研 究 的热点 、 难 点之 一 ， 目前 主要 有 天 然 射 线 、 人 工射线 、 应 力分 析 、 红 外成 像 、 机 械振 动分 析 、 超声 波 探 测 、 雷达 探测 、 多传 感器 融合 等煤 岩识 别方 法 口 ] ， 但 因工作面环境恶劣 、 煤岩识别所需 的传感器脆弱 、 与煤层 相邻 的岩 层 性 质 多样 等 因素 ， 该 方 法 目前仍 处 于理 论研 究 阶段 ， 没有 实际应 用 的案例 。 目前 进 口高端 采 煤 机 已经 具 备记 忆 割 煤 功 能 ， 但 均 为双示 范 刀记 忆 _ 3 ] ， 生 产 准备 时 间长 ， 且 在 实 际使用 过程 中存 在 可 重 复性 差 、 不 能 自动 割 三 角 煤 等问题 ， 经过十余 年摸索 ， 仍没有实现长期 、 连续 自 动化割 煤 。 文 献 [ 7 一 l o ] 在 以 水平 方 向为 横 轴 、 垂 直 方 向为 纵轴的静止坐标系 中建立 了单示 范刀记忆割煤模 型 ， 但 较为 复杂 ， 且截 割高 度等 主要 变量 均 以绝对 的 水 平 面为参 考 ， 与工作 面实 际情 况不 符 ； 数据 不能 直 接获取 ， 变 量 意 义 不 直 观 ， 不 易 实 现 。文献 [ 1 1 - 1 9 ] 提 出了新 的记忆 割 煤 算法 ， 但 均建 立 在 静 止 坐 标 系 基 础上 ， 同样存在 模 型复 杂 、 变 量 意 义 不 直 观 、 不 易 实现等 问题 ， 且仅 停 留在理 论研 究 阶段 。 本 文提 出了一种 相对 于工作 面 底板 的运 动坐标 系 坐标 系原点及 坐标 轴 固定 于采煤 机机 身上 ， 并 随 采 煤机 在工 作 面上运 动 。然后 分别 在静 止坐 标 系和 运 动坐 标 系 中建 立 了采煤 机 数 学 模 型 ， 提 出 了基 于 运 动坐 标 系的记 忆割 煤算 法 和实现 方法 。该 方法 同 时适用 于单 示 范刀 、 双示 范 刀 记 忆 割 煤 。最 后 通 过 在 煤矿 实 际生产 过 程 中进 行 长 期 、 连 续 自动 化 割煤 测 试 ， 验 证 了数 学 模 型 及 实 现 方 法 的正 确 性 、 可 行 性 、 鲁棒 性 。 1采煤 机 数学模 型 1 ． 1 静 止 坐标 系模 型 采煤机结构参数示意如图 1 所示。采煤机中心 点 为采 煤机 左右 摇臂 销轴 之 间的 中点 。 以 水 平 方 向 为 z轴 横 轴 、 垂 直 方 向 为 y轴 纵 轴 、 水平 面 内面 向煤壁 方 向为 z轴 、 工 作 面左端 头 为原 点 ， 建 立静 止坐 标系 ， 如 图 2 所 示 。该 坐标 系 内 ， z轴与滑 靴 中心线 在 同一个 垂 直平 面 内 ， 坐 标轴 方 向 、 角 度不 随采 煤机 的位置 变化 而变化 ， 原 点跟 随 工作 面 推进移 动 。 一 』 a 正 视 b 俯视 图 1 采 煤 机 结 构 参 数 示 意 Fi g ． 1 S t r u c t u r e p a r a me t e r o f s h e a r e r a z一3 ， 平面 b 平 面 图 2静 止 坐 标 系 Fi g． 2 St a t i on a r y c o o r di n a t e s ys t e m 定 义采煤 机位 置为 坐标 系原点 到采煤 机 中心点 的距 离 。z 。 为采 煤机 在 z轴 的初 始坐标 ， h 为 采煤 机高度初始值 轴初始坐标 ， h 为采煤机高度 在 Y轴 的坐 标 ， L 。为 采 煤 机 中心 点 到 摇 臂 销 轴 的距 离 ， L 为摇臂长度， a为滚动角 采煤机机身与 z轴 夹角 ， 为 前 摇 臂 与 z 轴 夹 角 ， y为 后 摇 臂 与 轴 夹角 ， 0 为俯 仰角 采煤 机机 身 与 Y轴夹 角 ， D 为滚 筒直径， H 为截深 ， h 为顶板高度 ， h 为底板高度 。 2 8 工矿 自动化 2 0 1 7年 第 4 3卷 目前采 煤 机 控 制 器 均 采 用 P L C 或 工 业 计 算 机 _ 1 ， 需要 将 连续 变化 的量 离 散化 后 进 行 计算 。将 工 作面 沿 ． 72 轴离 散 化 ， 以 位 移采 样 间 隔 A x为 最 小 单 位将 工作 面 划 分 成 N 个 区 间 。假 设 在 A x 区 间 内工作 面平 整 、 无起 伏 ， 采 煤 机 姿 态 固定 不 变 ， 仅 在 A x区问 的 左 端 点 处 发 生 姿 态 变 化 。根 据 工 程 经 验 ， 要保 证 割透 三角煤 ， 又要 确 保割 透三 角煤后 采 煤 机 不碰 到机 头 、 机尾 设 备 ， A x不 能 大 于 0 ． 2 m。通 常 采煤 机长 度 含 摇臂 、 滚 筒 大 于 l O m， 而 工 作 面 宽 度为 2 0 0 ～3 0 0 m， 则 不大 于 0 ． 2 m 的 A x相 对 于 采煤机长度 、 工作面宽度 足够小 ， 本 文假设是合 理 的 。在该 假 设条 件下 ， 可 得 出基 于静 止 坐 标 系 的 采 煤 机运 动方 程 “1 一．z 。 A x ∑ C O S a h 一 ∑t a n a c o s h 一 Z 0 A x ∑t a n a L o s i n 。 1 Ll S i n 百D c。s ” 一 l h h 矗 。 一A x ∑ t a n a 一L 。 s i n 口 一 Ll S i n 一 c 。 s 式 中 n为 当前 采 煤 机 所 处 区 间 编 号 ， 一 1 ， 2 ， ⋯ ， N； 为 当前 采 煤 机 水 平 位 移 为采 煤 机 处 于 区 间 i时 的滚动 角 ， i 0 ， 1 ， ⋯ ， 一1 ； h 为 当前采 煤 机 高度 ； 0 为当前俯仰角 ； h 为当前顶板高度 ； h 为 当 前 底板 高度 ； 为 当前 前摇 臂与 轴 夹角 。 为便 于计算 机计 算 ， 由式 1 推导 出基 于静止 坐 标 系 的采煤 机 运动差 分方 程 一 ．2 7 一 1 Axc o s 一 1 h 一 h 一1 Axt a n 口 h 一 九 1 4 - Axt a n a L1 s i n C OS 1 h h一 f 一 1 4- Ax t a n 0 ／ Ll s i n C O S l 2 式 1 、 式 2 中 ， 采 煤机水 平 位移 z 。 ， z 为 坐标 系原 点 到采煤 机 中心 点 水 平 方 向 的位 移 ， 不 是 采 煤 机沿 工作 面方 向的实 际 运 动 距 离 ， 因 此 在 现场 很 难 准确 测 量 ； 顶 板 高度 h 与底 板 高 度 h 是 垂 直 方 向 的 高度 ， 不是 顶板 、 底 板 与 中部槽 底 板 之 间 的距 离 ， 也 难 以测 量 ， 变量 意义 不直 观 。因此 ， 基 于静止 坐标 系 的数 学模 型实 现受 限 。 1 ． 2 运 动 坐 标 系模 型 为 了更 加直 观 地分 析采 煤 机运 动 ， 建 立 运 动 坐 标 系 ， 如 图 3所示 。该 坐标 系原 点为 采煤 机 中心点 ， z轴平 行 于采煤 机 中心点 所在 位 置工 作 面底 板 的切 线 ， Y轴垂直于工作 面底板 ， 轴与 z轴 、 Y轴垂直 。 由于采 煤机 不停 运 动 ， 而 且 工作 面底 板 是起 伏 变化 的 ， 所 以坐标 系原 点位 置 、 角度 随采煤 机姿 态变 化 。 a z Y平 面 b Yz平 面 图 3运动坐标 系 Fi g ．3 Mov i n g c o or d i n a t e s ys t e m 在 运动 坐标 系下 ， 采 煤机 俯 仰 角 一0 。 ， 采 煤 机 高 度 为机身 的机 械尺 寸 ， 与位 置 、 姿 态无 关 。基于 运 动 坐标 系 的采煤 机运 动方 程为 f z 一 ．2 7 o 4- n A x l h 一 h { h 一 h L l S in 一 a 4- D。 3 l h h h 一 L 1 s in 一 口 一 百D 【 厶 式 中 y 为 当前 后摇 臂与 z轴 夹角 。 与式 1 相 比 ， 式 3 计算 大大 简化 ， 且计 算顶 底 板 高 度时仅 需 获得 采 煤 机 机 身倾 角 及 摇 臂倾 角 ， 不 需 要 ．z轴 方 向位移 量 ， 有 利 于减 小 位 移 累积 误 差 带 来 的计算误 差 。另 外 ， 采 煤 机 在 工 作 面上 任 意 位 置 的截 割高度 都 与上 一 位 置 无关 ， 无 需 建立 基 于 运 动 坐标 系 的采 煤 机运 动差 分方程 。 2采煤机 记 忆割煤 原 理 采煤 机记 忆割 煤基 本原理 是 由人工 操作 割示 范 2 0 1 7年 第 9期 孙 卓 采煤机 记 忆割 煤数 学分 析及 实现 方 法 2 9 刀 ， 人工识 别 出煤岩 界线 ， 采煤 机记 忆 其 在工 作 面 每 个位置对应的顶底板高度， 获得工作面轮廓线 ， 然后 根据记忆数据， 不断重复执行割煤工作。示范刀与工 业机器 人 的示教 、 学 习过 程一 样 ， 区别 在 于工 作 面在 示教后 会不断 变化 ， 而且 无法 准 确预 测 ， 因此 在 采煤 机重复示 范刀 的动作进 行 自动 割煤时 ， 需 要操作 人员 根据 实际情况 随 时进行 人 工 干预 、 修 正 ， 再将 干 预 后 的数 据进行存储 、 记忆 ， 下一个循 环时重复执行 。 记 忆割 煤流 程如 图 4 所 示 。 清理工作面， 将采煤机开到机头或机尾 设置采煤机 、工作面参数 标定倾角传感器 割示范刀， 记忆每个采样 区间的顶板、底板高度 切换到自动化割煤状态 计算位移， 确定采煤机位置 获取当前位置记忆 的数据 根据记忆数据计算出摇臂倾角 调节摇臂倾角 割煤， 向下一区间运动 图 4记 忆 割 煤 流 程 Fi g ．4 M e mor y c oa l c ut t i ng p r o c e s s 采煤机记忆割煤时需要设 置采 煤机结构参 数 机身高度 、 机身长度 、 摇臂长度 、 截深等 、 采煤机当 前 位置 、 工 作面基 本参 数 等 。 采煤机结构参数容易获得 ， 输入采煤机 中存储 即可。采煤机姿态可采用倾角传感器来测量 在采 煤机 中心 点处安 装 一 个 二维 倾 角 传 感 器 ， 测 量 采 煤 机滚 动 角与 俯 仰 角。截 割 高度 测 量 方法 主 要 有 2 种 ① 在 采 煤 机 摇 臂 上 安 装 一 维 倾 角传 感 器 ， 测 量摇臂 角度 ， 再 根据摇 臂 长度 、 滚筒 直径计 算截 割 高 度 。② 使用油缸位移传感器测量摇臂升降油缸位 移 ， 根据油缸位移计算摇臂角度， 再根据摇臂 长度 、 滚筒 直径计 算截 割 高度 。在摇 臂销 轴上 安装 轴编 码 器可 以更 精确地 测量 摇臂 角度 ， 但轴 编码 器易 损坏 ， 实际应 用较 少 。 采煤机当前位置获取方法主要有 2种 ① 采用 D齿轮传感器测量。在牵引部减速齿轮上安装几个 磁体 ， 传感器测量采煤机牵引部中 D齿轮的旋转圈 数、 方向， 再计算位移量。② 采用编码器测量。采用 编码 器 测 量 电 动 机 轴 的旋 转 圈 数 、 方 向， 再 计 算 位 移 量 。 3 采 煤机 记忆 割煤 算法 基于运动坐标 系的采煤机运动方程 式 3 比 基 于静 止 坐标 系的采 煤机 运动 方程 式 1 简 洁 ， 各 变量 物理 意义 直观 、 容 易 获取 ， 因此 下 文 分 析式 3 的具 体实 现方 法 。 由于前 文假 设在 足够小 的采 样 间 隔 △ z 内采 煤 机 姿 态 不变 ， 所 以 只要 确定 采 煤 机 所 在 的采样 区 间 ， 即 可确定采 煤 机姿态 。 3 ． 1 双 示 范刀记 忆割煤 算 法 双示 范 刀 记忆 割 煤需 要 记 忆 采煤 机 上行 、 下 行 2 个 方 向的数 据 ， 然后 重 复 ， 实 现 自动割 煤 。定 义采 煤机从机头向机尾方 向运动为上行 ， 从机尾 向机头 方 向运动 为下 行 。 定义数组 上一刀上行时顶板高度 h r m u E i ] ， 一 0 ， 1 ， ⋯， N， 上一刀上行时底板高度 h f [ ] ， 上一刀 下行时顶 板高度 h r m E i ] ， 上一刀下 行时底 板高度 fm d [ ] ， 当前顶板高度 h E i ] ， 当前底板高度 h E i ] 。 根据测量 的采煤机水平位移 ， 可计算出采煤机所在 的采 样 区间 编号 i 兰 二 4 △ z 采煤机 上行 时， 每个 采样 区间 内的顶底 板高 度 为 ]一 [ 5 l l l h ,E i ]一 h f [ ] 采 煤 机 下 行 时 ， 每 个 采 样 区 间 内 的顶 底 板 高 度 为 ]一 a 阴 6 I h I l h f[ i ]一 h f E i 3 3 ． 2单示 范刀记 忆割 煤算 法 如果 上行 时割 示范 刀 ， 则 采煤 机上 行时 ， 每个采 样 区间 内 的顶 底板 高度 可直 接调用 割示 范刀 时存储 的数 据 ， 如式 5 所 示 。 采煤 机下 行 时 ， 前 摇 臂 右 侧 摇 臂 变 为 后摇 臂 割 底煤 ， 右侧摇 臂 的 截割 高 度 数 据 应取 上 一 刀左 侧 摇臂的截割高度数据 ， 则上一刀采煤机位置应 比当 前 采煤机 位 置 向右 偏 移 1个 机 身 含 左 右摇 臂 距 离 。在该距离内， 忽略工作面起伏 ， 则偏移距离为 △ L L 1 C O S y l a 2 L o L 1 c o s p , 一 a 7 当采 煤机 中心 点处 于采 样 区 间 i时 ， 读取 记 忆 数 据 的偏 移 量 一u n d 8 式 中 r o u n d 为 取整 函数 ， 取 整条 件为 四舍 五入 。 采煤 机 下 行 时 ， 每 个 采 样 区 间 内 的 顶 底 板 高 度 为 3 O 工矿 自动 化 2 0 1 7年 第 4 3卷 f h [ ] h [ 一△ L ] 9 l h f E i ]一 ⋯ ． [ △ L ， ] 如果下 行 时割示 范 刀 ， 则 采煤 机 下 行 时 每 个 采 样 区 间 内的顶底 板高 度 可直接 调用 割示 范 刀时存 储 的数据 ． 如式 6 所示 。 采 煤机 上行 时 ， 前 摇臂 左 侧 摇 臂 变 为 后 摇 臂 割 底煤 ， 左侧 摇臂 的截 割 高 度 数据 应 取 上 一 刀 右 侧 摇 臂 的截割 高度 数 据 ， 上 一 刀 采煤 机 的 中心 位 置 应 比当前 采煤 机位 置 向左移 动 1个机 身 含 左 右摇臂 的距离 ， 偏 移距离 仍 为 △ L 。 采 煤机 上 行 时 ， 每 个 采 样 区 间 内 的 顶 底 板 高 度 为 f h [ ] 一h ． [ A L ， ] ． 【 h f [ ] h f ． ． [ 一 △ L ] 4现 场试验 神 东煤 炭 集 团锦 界 煤 矿 3 1 1 l 2工 作 面 的采 煤 机 、 液 压支架 、 泵 站 、 刮 板输 送机 、 转 载机 、 破碎 机 、 自 移机尾 、 工作面通信闭锁装置、 供配电装置均实现了 自动化 控制 ， 并通 过工 作 面集控 系统 集 中管理 ， 实 现 了工 作 面所 有 生产 设 备 的 一键 启 停 、 联 锁／ 互 锁 、 自 动 化运 行 。 采煤 机 电控 系统 具 有 手 动 割煤 和 自动 化 割煤 2种 工作模 式 ， 在 自动 化 割 煤 模 式 下 采 用 本 文提 出 的单示 范刀 记忆 割煤算 法 。 自动化割 煤 时工作 面保 留 1 名 采煤 机 司机和 1名 支架工 。采 煤 机 司机 跟机 观 察 ， 发 现截 割高 度 或 下切 深 度 不 合 适 时 进行 人 工 干 预 ， 人 工干 预数 据 自动存储 ， 割 下一 刀 时作 为记忆 数据 使用 ； 液 压 支 架 自动 跟 机 运 行 ， 支架 工 跟 机 观 察 ， 在必要 时 人工修 正 液压 支架 动作 。 从 2 0 1 7年 1月 1日开 始 ， 锦 界煤 矿 3 1 l 1 2工作 面实 现全 生产 班 自动 化 ， 仅 在 第 1刀 时 手 动割 煤 作 示 范刀 ， 之 后 全部 采用 自动化 割煤 ， 在包 含 三角 区在 内 的全工 作 面区域 实现 了 自动化 割煤 。 自动化 割 煤 时采 煤 机 轨迹 均 存 储 、 记 录并 显 示 在工 作面 集控 系统 数 据 服 务 器上 ， 所 有 数据 同步 上 传 到 地面调 度 室 。 一 个 生 产班 连 续 6刀 的截 割 高 度 如 图 5所 示 。 可看 出在 大部分 区域 ， 截 割高 度数 据可 重复性 好 ， 局 部 有较 大变 化 ， 需 人 工干 预调 整 。 根据一个生产 班连续 6刀截 割高度 、 下切深 度绘 制 工作 面顶 底板 维 图像 ， 如 图 6所 示 ， 其 中 ． 2C 轴 以 支架数表示位移 量 ， 更便 于工程实 施 。可 看 出顶 底板 平 整 ， 工作 面两侧 巷道整 齐 ． 满足工程质 量要求 。 E 坦 磊 裎 第 1刀 第 2刀 第 3刀 第 4 第 5 第 6刀 0 2 0 4 O 6 0 8 0 1 0 O l 2 0 1 4 0 1 6 0 支架编号 图 5 一个生产班连续 6刀截割高度 Fi g． 5 Cu t t i n g h e i g ht o f c o nt i n uo us s i x kn i v e s o f a pr od uc t i o n t e a m 5 0 网 6 工作 面顶底板 三维 图像 Fi g．6 3D i ma g e s of wo r ki ng f a c e r o of an d f l o or 截 至 2 0 1 7年 3月 2 4日， 3 1 l 1 2工作 面共 自动化 割煤 9 0 9刀 ， 采煤 8 1 5 3 7 3 t ， 占全 队总产量 的 9 7 ． 4 。 5 结论 1 建 立 了 基 于 运 动 坐标 系 的 采 煤 机 运 动 方 程 ， 基于该 方 程提 出 了采煤 机单 示范 刀 、 双示 范 刀 记 忆割 煤算 法 。 2 在 锦界 煤矿 3 1 l 1 2工作面 采用 单示 范 刀记 忆 割 煤算 法进 行 自动 化 割煤 生 产 ， 结 果验 证 了单 示 范 刀记忆 割煤算 法 及 其 实 现方 法 应用 方 便 ， 计 算 准 确 、 可靠 ， 可重 复性好 ， 完 全适 应 工程实 际情 况 。 3 应用 单 示 范 刀 记忆 割 煤 算 法 后 ， 采 煤 机 实 现 了包括 三角 区在 内的 全 工作 面 区 域 自动 化 割煤 ， 在保持 采煤速度 不变 的情况 下， 正常 生产时仅需 1 名 采煤 机 司机跟 机观 察 ， 偶 尔进 行 人 工干 预 ， 大 大 降低 了劳 动强度 ， 有 效提 高了生 产效率 和安 全性 。 参 考 文 献 Re f e r e n c e s [1] 苏 秀平． 采煤 机 自动 调 高 控制 及 其 关 键 技 术 研 究 [ D ] ． 徐州 中国矿业大学 ， 2 O l 3 ． [2] 王冬． 采煤 机记忆 调 高试验模 型控制 系统 研究 E D] ． 西安 西安科技大学 ， 2 0 0 9 ． [3] 邵 水 才． 锦 界 煤 矿 3 l 1 0 5综 采 面 自动 化 试 验研 究 [ D ] ． 西安 西安科技大学 ， 2 0 1 O ． [4] 杨辉． 0 7 I S 0 6 C采煤机记忆 割煤的应用研 究[ J ] ． 煤 炭 与化工 ， 2 O l 4 ， 3 7 4 7 0 7 1 ． YANG H u i ． St ud y on 07 LS 06 C c o a l mi n i ng ma c hi ne 7 5 3 ● 9 7 2 2 2 2 ● ● 5 0 0 5 0 5 O 0 m 2 0 1 7年 第 9期 孙 卓 采煤机 记 忆割煤 数 学分析 及 实现 方法 3 1 [5 ] [6] [7] [8 ] [9 ] [ 1 o ] [ 1 1 ] [ 1 2 ] me m o r y c u t c o a l a p p l i c a t i o n [ J ] ． C o a l a n d C h e mi c a l I n d u s t r y， 2 0 i 4， 3 7 4 7 0 7 1 ． 索智文． F a c e b o s s 采煤机记忆割煤 的应用实 践[ J ] ． 煤 矿 开 采 ， 2 0 0 9 ， 1 4 5 6 5 6 6 ． SU0 Zhi we n． Pr a c t i c e of me mon i c c u t t i ng o f Fa c e b os s c o a l c u t t e r [ J ] ． C o a l Mi n i n g Te c h n o l o g y ， 2 0 0 9 ， 1 4 5 65 66 ． 翁 明月 ， 孙 茂新． 艾 柯夫采 煤机 自动化割 煤试 验及分 析 [ J ] ． 煤矿开采 ， 2 0 0 9 ， 1 4 2 6 7 6 8 ． W ENG M i n gy ue， SUN M a ox i n． Au t oma t i c c o a l c u t t i n g t e s t a n d a n a l y s i s o f E KF c o a l c u t t e r [ J ] ． C o a l M i n i n g Te c h n o l o g y， 2 0 0 9 ， 1 4 2 6 7 6 8 ． 王焕文 ， 陶福贵 ， 康俊霞． 基于单向示范刀的采煤 机记 忆 截割模 型构建 及模 拟分析 [ J ] ． 煤矿 机械 ， 2 0 1 4 ， 3 5 1 0 1 0 5 1 0 6 ． W ANG Hu a n we n。 TAO Fu g u i ， KANG J u n x i a ． M e mo r y c u t t i n g mo de l bui l d i ng a n d s i m u l a t i o n a n a l y s i s o f s he a r e r ba s e d 0n o ne - wa y de mo ns t r a t e c u t t e r[ J ] ．C o a l Mi n e Ma c h i n e r y ， 2 0 1 4 ， 3 5 1 0 1 05 - 10 6． 刘春生 ， 陈金 国． 基 于单示 范刀采煤 机记忆 截 割的数 学模型[ J ] ． 煤炭科学技术 ， 2 0 1 l ， 3 9 3 7 1 7 3 ． L I U C h u n s h e n g， CHEN J i n g u o ． Ma t h e ma t i c mo d e l o f me mo r y c ut t i ng f o r c oa l s he a r e r b a s e d on s i ng l e d e mo k n i f e [ J ] ． C o a l S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y ， 2 0 1 1 ， 3 9 3 71 7 3 刘春生． 滚筒式 采煤 机记 忆截 割的数学原理[ J ] ． 黑龙 江科技 大学学报 ， 2 0 1 0 ， 2 0 2 8 5 - 9 0 ． LI U Chu ns h e ng ． M a t he ma t i c p r i nc i pl e f or me mor y c u t t i n g o n d r u m s h e a r e r [ J ] ． J o u r n