综采工作面放顶煤自动控制系统.pdf

第 4 1卷 第 7期 2 O 1 5年 7月 工矿 自 动 化 I ndu s t r y a nd M i ne Aut o mat i o n Vo L 4 l NO． 7 J u 1 ．2 01 5 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 5 0 7 0 0 1 0 0 4 DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 5 ． 0 7 ． 0 0 3 魏 文艳 ． 综 采工 作 面放顶 煤 自动控 制 系统 [ J ] ． 工 矿 自动化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 7 1 0 - 1 3 ． 综采工作面放顶煤自动控制系统 魏 文 艳 北 京 天地 玛珂 电液 控制 系 统有 限公 司 ， 北 京 1 0 0 0 1 3 摘要 针对现有放顶煤工作 面采用人 工操作方式放煤存在随机性强 、 放煤效率低等 问题 ， 设计 了综采工 作 面放 顶煤 自动控 制 系统 。该 系统 采 用煤矸 识 别传 感 器采 集 、 分析 、 处理 煤块 和矸 石撞 击 支架尾 粱 产 生的振 动信 号 ， 以判 断煤 块 和矸石 的 下 落状 态 ， 并将 处理 结果通 过 Z i g B e e无 线收发 装 置发 送给 支架控 制 器 ， 支 架控 制 器依 据检 测 结果 自动控 制放 煤 支架 动作 ， 从 而 实现放 煤过 程 的 自动 控 制 。 关键 词 综采 工作 面 ； 放 顶煤 自动控制 ；煤矸 识 别传 感 器 ；支 架控 制 器 中图分类号 T D6 7 文献标志码 A 网络出版时间 2 0 1 5 0 7 0 1 0 8 5 6 网络 出版地址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 5 0 7 0 1 ． 0 8 5 6 ． 0 0 3 ． h t ml Au t o ma t i c c o nt r o l s y s t e m o f t o p c o a l c a v i n g o n f u l l y me c h a n i z e d c o a l mi n i ng f a c e W EI W e ny a n Be i j i n g Ti a n d i Ma r c o El e c t r o n i c Hy d r a u l i c C o n t r o l S y s t e m Co mp a n y Lt d． ，Be i j i n g 1 0 0 0 1 3 ，Ch i n a Ab s t r a c t I n v i e w o f p r o b l e m s o f l a r ge r a nd o m n e s s ，l o w e f f i c i e nc y o f c oa l c a vi ng of a r t i f i c i a l o pe r a t i o n f o r t o p c o a l c a v i n g mi n i n g f a c e ，a n a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m o f t o p c o a l c a v i n g o n f u l l y me c h a n i z e d c o a l mi ni n g f a c e wa s de s i g ne d．The s y s t e m us e s c o a l g a n gue r e c og ni t i o n s e ns or t o c ol l e c t ， a n a l yz e， p r o c e s s v i br a t i o n s i gn a l s ge n e r a t e d b y c o a l a nd g a ngu e i mp ac t s t a i l b e a m ， S O a s t o d e t e r m i n e t h e whe r e a bo ut s c on di t i on o f c o a l a nd ga n gu e，a nd t he p r oc e s s i ng r e s u l t s we r e s e n t t o s u pp or t c on t r ol l e r by Zi g Be e wi r e l e s s t r a ns c e i v e r ，t h e n t he s u pp or t c o nt r o l l e r a ut oma t i c a l l y c o nt r o l c oa l c a v i ng s u pp or t a c t i on a c c o r d i ng t o t e s t r e s u l t s t o a c hi e ve a u t o m a t i c c on t r ol of p r oc e s s o f c oa l c a vi ng． Ke y wo r d s f ul l y me c ha ni z e d c oa l mi ni ng f a c e；a u t o m a t i c c on t r o l o f t op c o a l c a v i n g；c o a l a nd ga n gue r e c og ni t i on s e ns o r；s up po r t c o nt r o l l e r 0 引言 我 国煤 炭 储 量 巨大 ， 其 中厚 煤 层 储 量 占 4 4 ， 每年地下开采 的厚煤层煤 炭产量 占煤炭总产量 的 4 5 以上 。自 2 0世纪 8 O年代开始 ， 我国对厚煤层 机 械 化采 煤方 法进 行 了大 量 的试 验 研 究 ， 综 采 放 煤 方法是其 中一种主要的综合机械化采煤方法 。综采 放煤方法是一种开采缓倾特厚煤层和急倾特厚煤层 的采 煤 方 法 ， 广 泛 应 用 在 我 国 的煤 矿 开 采 过 程 中[ 。随着对综采放煤方法 的深入研究及支架 电 液控制系统的广泛应用 ， 煤矿对放顶煤工作面的 自 动化水平提出了更高要求 。 目前 ， 我 国放顶煤工作 面的自动化技术主要停 留在人工操作 阶段， 工人在 操作支架后部放煤 口的过程 中， 还需要一直观察支 架后端的落煤情况 ， 如果有较大的矸石落下的话 ， 通 过电液控制系统关闭后部放煤 口。这种放煤操作方 式决 定 了工人 不 能离 开 后 部 放 煤 口太 远 ， 要 时 刻 观 察放煤情况， 劳动强度大， 工作环境恶劣 ， 且放煤工 作受人为因素影响大 ， 随机性强 ， 放煤效率低 ] 。 针对 以上 问题 ， 本 文 对 综 采 工作 面放 顶 煤 自动 控 制 收稿 日期 2 0 1 5 0 1 2 3 ； 修 回日期 2 0 1 5 0 3 1 3 ； 责任编 辑 张强 。 基金项 目 中国煤炭科工集团有限公司科技创新基金青年基金项 目 2 0 1 4 QN0 2 8 。 作者简介 魏文艳 1 9 8 o 一 ， 女 ， 山西 大 同人， 助 理研究 员 ， 现主 要从 事煤 矿 电液 控 制 系统 的 自动化 控制 与 系统 开发 工作 ， E - ma i l we i wy t d ma r c o ． c o rn 。 1 2 工矿 自动 化 2 0 1 5年 第 4 1卷 a 滤波前 b滤 渡 后 图 2 前端 滤波器滤波效果 性 与可 靠性 。 系 统采集 的信号 在 时域 中的 能量表 示 可 以通过 计算信号二阶中心矩的方式得 出。首先将采集到的 振动信号进行前端滤波处理 ， 并将此信号进行一 阶 矩计算 ， 得出其期望值 ； 然后将后续信号处理结果中 心化； 最后计算中心化后信号时域 的二阶矩能量值 ， 根据该能量值判断是煤块还是矸石下落。放煤过程 中通过煤矸识别传感器采集到的振动信号的时域能 量 算法 的三维 视 图如 图 3所 示 ， 在 放 煤过 程 中 ， 当矸 石落下时产生的振动信号经过该方式得出的能量值 明显高于其他振动信号 。 ． 一 v 、 ． ．， -． 、 删 图 3时域 能 量算 法 的 三 维 视 图 2 ． 4煤矸 识别 传感 器使 用 效果 白洞 煤业放顶煤工作 面的岩石主要 以砂岩 为 主， 呈 白色 ， 岩石硬度大 ， 与煤块 的颜色硬度 区别明 显 。在 白洞煤业放顶煤工作面试验中测试得到的岩 石垮落时的典型振动信号波形如图 4所示 ， 时间 ￡ 2 8 0 ms 处是较多砂岩垮落的时间点 ， 从振动信号波 形上能明显判断出岩石冲击信号与煤块冲击信号的 能 量 差 别 。△ ， △ 。 ， △ 。均 为 大 量 矸 石 落 下 时 间 区段 。 l 0 0． 5 o j 坚 需 一 o ． 5 鞲 一1 ．0 A t ， 丝 ’ △ I ． 1 矸j i 落 I J 一一 矸肴落下 I ’ } 石落 2 o o 2 2 0 2 2 0 2 3 0 2 4 0 2 5 0 2 6 0 2 7 0 2 8 0 2 9 0 3 0 0 时间／ m s 图 4 煤矸识别传感器 井下试验效果 3放 煤 过程 自动控 制 依据放煤工艺要求 ， 在支架控制器 中编写了相 应软 件 ， 用 于控 制放煤 支 架顺 序执 行 收插板 一 收尾 梁一放煤等待一伸尾梁一伸插板过程 ， 其 中各个动 作时间 、 放煤量阈值均有相应参数控制 ， 能够灵活设 置 。在 放煤 等待 阶段 ， 即放顶 煤过 程 中 ， 支 架控 制器 依据振动传感器 的检测结果判断放煤量大小及矸石 下落情况。当放煤量超过设定 阈值 时， 为保 护后部 输送 机 ， 防止 放 煤量 过 大 导 致 后 部 输 送 机 超 过额 定 负载， 需要在尾梁及插板伸出部分减少放煤量 ； 当检 测 到 的矸石 下落 量 超 过 阈值 时 ， 应 及 时 将 尾 梁 及 插 板完全伸出以停止放煤过程 。其中放煤时间是保护 时间 ， 可避 免传 感 器发 生 故 障 时放 煤 动 作 一 直 进 行 的状况 发 生 。 3 ． 1放煤 参数 设 定及 其意 义 在 自动放煤过程中， 为保证软件的灵活性 ， 特别 设定了放煤参数 ， 见表 1 。 表 1 放煤参数 参数名称 参数 意义 参数名称 参数意义 收插板 时间 收插板动作 的时 间 伸插板时间 伸插板动作的时 间 收尾梁时间 收尾 梁动作 的时间 煤量 阈值放煤量保护设定值 伸尾梁时间 伸尾梁动作的时间 矸石 阈值 矸石量设定值 3 ． 2放 顶 煤 自动 化 控 制 软 件 流 程 支架控制器软件 自动执行相应的放顶煤动作 ， 当自动放煤功能启动后 ， 支架控制器控制放煤支架 按图 5 所示流程执行放煤动作 。在放煤过程中通过 判断振动信号是否达到矸石 阈值 、 煤量 阈值及放煤 时间是否到达等条件控制放煤支架作出 自动决策动 作 ， 从而实现放煤过程的 自动化控制。 4结 语 综采工作面放顶煤 自动控制系统在放顶煤控制 过程 中通过煤矸识别传感器进行放煤量及矸石下落 之 脚 鬟 } 臀鞲 第 4 1 卷 第 7期 2 0 1 5年 7月 工矿 自 动化 I ndus t r y a nd M i ne Au t oma t i on Vo 1 ． 4 1 NO ． 7 J u1 ．2 01 5 文 章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 5 0 7 0 0 1 3 0 4 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 5 ． 0 7 ． 0 0 4 荣相． 立井施工提升装置安全监控系统研究[ - j - ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 7 1 3 1 6 ． 立井施工提升装置安全监控系统研究 荣相 。 1 ． 中煤科工集团常州研究院有限公司，江苏 常州 2 1 3 0 1 5 ； 2 ． 天地 常州 自动化 股份 有 限公 司 ，江苏 常州 2 1 3 0 1 5 摘要 针对 目前立井施工中的悬吊提升装置依靠工人经验操作 ， 监测信息不全面， 易出现 吊盘倾斜 、 吊模 卡挂、 稳 车断绳等事故的问题 ， 提 出了一种立井施 工提升装置安全监控 系统实现方案， 主要介绍 了该 系统的 组成及 关键技术。该 系统 实现 了立井施工提升装置的集中控制、 主要故障监测和保护以及施工管理功能。 关 键 词 立 井施 工 ； 提 升 装置 ；安全监 控 ； 故 障监测 ； 故 障保 护 中图分类号 TD 7 6 文献标 志码 A 网络出版时间 2 0 1 5 0 7 0 1 0 9 0 1 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 5 0 7 0 1 ． 0 9 0 1 ． 0 0 4 ． h t ml Re s e a r c h o f s a f e t y mo ni t o r i n g a n d c o n t r o 1 s ys t e m o f 1 i f t i ng d e v i c e f o r v e r t i c a 1 s h a f t c o ns t r u c t i o n RONG Xi a ng - 。 1． CCTEG Cha ngz ho u Re s e a r c h I ns t i t u t e，Cha n gz ho u 21 30 1 5，Chi n a； 2． Ti a n d i Ch a n g z h o u Au t o ma t i o n Co ． ，Lt d ． ，Ch a n g z h o u 2 1 3 0 1 5 ，C h i n a Ab s t r a c t F o r p r o b l e ms o f h a n g i n g s c a f f o l d s l a n t ，f u l l b o d y s t u c k ，wi n c h r o p e r u p t u r e c a u s e d b y 收稿 日期 2 0 1 5 0 5 - 2 9 ； 修回 日期 2 0 1 5 - 0 6 0 9 ； 责任编辑 李明 。 基金项 目 中煤科工集 团科技创新基金 面上项 目 2 0 1 4 MS 0 2 8 。 作者简 介 荣相 1 9 7 7 一 ， 男 ， 安徽枞 阳人， 工程 师， 现主要从 事煤 矿供配 电技术研究工作 ， E - ma i l t d c z r x 1 2 6 ． c o m。 图 5 放煤过程 自动控制流程 状态的检测 ， 将检测结果作为放煤控制依据 ， 使放煤 过程形成 闭环控制 ， 从而实现放顶煤 自动控制 。该 系统能够有效地实现对放煤量及落矸情况 的精确控 制 ， 降低了操作工人劳动强度 ， 改善了工作环境 。目 前 ， 该系统已在某煤矿放顶煤工作面进行了井 下工 业性试验 ， 效果 良好 ， 为全面推广应用奠定 了基础 。 参 考文献 王金华． 特厚煤层 大采 高综放 开采关 键技 术E J ] ． 煤 炭 学报 ， 2 0 1 3 ， 3 8 1 2 2 0 8 9 2 0 9 8 ． 王家 臣． 厚煤层 开采 理论 与技术 E M] ． 北 京 冶金工 业 出版社 ， 2 0 0 9 1 5 2 5 ． 司荣军 ， 姜福兴 ， 王仁法 ， 等． 放顶煤工作面顶煤 分类 及 应用研究[ J ] ． 煤炭科学技术 ， 2 0 0 4 ， 3 2 1 6 3 6 6 ． 王保 平． 放 顶煤 过 程 中煤矸 界 面 自动识 别 研究 [ D] ． 济南 山东 大学 ， 2 0 1 2 ． 刘伟． 综放工作 面煤矸 界面识别 理论 与方法研 究[ D ] ． 北京 中国矿业 大学 北京 ， 2 0 1 1 ． 武建文 ， 蒋新平 ， 石 平五． 急倾斜 顶底板处 顶煤 放 出规 律研究[ J ] ． 煤炭工程 ， 2 0 0 6 i 0 6 2 6 4 ． 汪玉凤 ， 夏元涛 ， 王晓晨． 基 于 D S P的综放煤 岩识别 系 统[ J ] ． 计 算机系统应用 ， 2 0 1 1 ， 2 0 1 0 4 0 4 3 ． 郭卓越 ， 盂峰 ， 毕东 柱 ， 等． 放顶煤 工作 面手 动控制系统 煤岩识 别 自动 识 别 方 案 设 计 [ J ] ． 煤 矿 开 采 ， 2 0 1 4 ， 1 9 4 5 7 6 O ． ] ] ] ] ] ] ] ] 口 口