煤矿井下高效综采作业技术的应用研究.pdf

引言 据统计我国煤矿井下综采作业中综采机械化水 平相对较低， 而且已经投入使用的刮板输送机、 采煤 机、 液压支架等大型综采作业设备均为孤岛式作业， 没有形成统一的联动控制， 智能化程度低， 大量人工 在综采面进行作业时也面临着瓦斯突出、 尘肺病、 塌 方等意外事故和职业病的威胁，给井下综采作业安 全和效率造成了极大的影响[1]。因此分析研究一种 新的煤矿井下高效综采作业技术。 1井下高效综采作业的控制方案 根据分析，在现有基础上要进一步提升综采作 业的效率和经济性，要从减少煤矿井下综采作业人 员， 提升各设备之间的调整效率入手， 因此本文提出 了煤矿井下高效综采作业控制方案， 将采煤机、 刮板 输送机、 液压支架， 以采煤机的运行状态为核心， 实 现以采煤机为中心的综采设备的联合运行控制。井 下高效联合综采作业控制方案如图 1 所示[2]。 由图 1 可知， 在该高效综采作业控制方案中， 联 合控制主要通过 “三机” 联动控制系统和煤矿井下的 各液压支架控制器共同实现， 设置在采煤机、 液压支 架、 刮板输送机上的传感器设备对 “三机” 的运行状 态、 相互位置等进行实时监测， 然后将监测结果传输 给联动控制器，联动控制器根据各设备之间的相互 位置状态通过判断后向各执行机构发出调节控制指 令， 实现联合运行控制。 具体来说首先各液压支架上 的支架控制器通过红外位置传感器对采煤机之间的 位置关系进行判断，刮板输送机则通过电流传感器 将负载信息传递给系统的联动控制器，联动控制器 综合分析后， 对液压支架的收放护帮板、 降柱、 移架 进行自动控制，通过调整刮板输送机和采煤机的运 行状态实现负荷自适应运行， 满足联合控制需求。 2刮板输送机与采煤机的智能匹配控制方案 采煤机在综采作业过程中的综采作业速度决定 了与之匹配的刮板输送机的煤炭的输送量，传统的 控制方案中主要是将刮板输送机设置为最大运量工 况，满足采煤机在最大综采作业能力下的综采作业 需求，但由于采煤机在实际运行中会受到各类因素 的影响， 其综采能力呈现了较大的变化， 刮板输送机 长期处于 “大马拉小车” 的状态， 而且由于采煤机为 人工控制运行，无法及时将采煤机的运行状态传递 给刮板输送机，导致刮板输送机也无法及时对工作 情况进行调节。 本文提出了一种刮板输送机采煤机智能匹配 的控制系统[3]， 以刮板输送机运行时的工作电流为信 号来作为实现刮板输送机和采煤机协调运行的基 础，利用各类传感器设备实现对采煤机综采作业时 的位置、 截割转速、 进给速度的实时监测， 将监测结 果传递给匹配控制中心，对采煤机下一阶段的综采 作业状态和割煤量进行预测，将预测结果传输给刮 板输送机， 同时对刮板输送机的运行速度进行调节。 系统对刮板输送机运行过程中的负载电流情况进行 同步检测，根据检测结果对刮板输送机上的负载情 煤矿井下高效综采作业技术的应用研究 张献军 （山西兰花科技创业股份有限公司望云煤矿分公司， 山西晋城048411） 摘要 针对目前井下综采作业自动化程度低、 综采作业速度慢、 经济性差的现状， 研究一种新的煤矿井下高 效综采作业技术。该技术方案采用智能化控制方案， 将采煤机、 刮板输送机及液压支架的运行进行联动控制， 实现了井下综采面综采作业的无人化， 根据实际应用表明， 该智能化综采作业技术将井下综采面作业人员数 量减少了 52， 综采作业效率提升了 24， 显著提升了煤矿井下综采作业的安全性和经济性。 关键词 自动化高效综采智能控制 中图分类号 TD823.97文献标识码 A文章编号 1003-773X （2020） 06-0250-02 收稿日期 2020-03-26 作者简介 张献军 （1975） ， 男， 采矿高级工程师， 主要从事煤矿 采矿方面的工作。 DOI10.16525/14-1134/th.2020.06.109 总第 206 期 2020 年第6 期 机械管理开发 MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENT Total 206 No.6， 2020 图 1煤矿井下高效综采作业控制结构示意图 工况监测中心 （PC） “三机” 联动 控制器 支架控 制器 1 支架控 制器 2 支架控 制器 n 刮板输送机 控制系统 采煤机控 制系统 红 外 传 感 器 压 力 传 感 器 位 移 传 感 器 电 流 传 感 器 速 度 传 感 器 牵 引 变 频 器 牵 引 方 向 传 感 器 电磁阀 驱动器 电磁 阀组 支架立柱支架千斤顶 自动化技术与设计 2020 年第 6 期 况进行判断，将判断结果传输到匹配控制中心与采 煤机的割煤量理论值进行对比，当监测值大于理论 值时，控制降低采煤机的进给速度或者提升刮板输 送机的运行速度， 当监测值小于理论值时， 则控制提 升采煤机的进给速度或者降低刮板输送机的运行速 度， 满足采煤机和刮板输送机的匹配控制需求， 该匹 配控制系统的结构如图 2 所示[4]。 3采煤机与液压支架的联动控制方案 采煤机和液压支架的联合运行控制主要是依靠 液压支架上的传感器设备首先判断和采煤机之间的 位置关系，然后由联合控制中心将系统联合控制指 令传输给支架控制器，通过支架控制器实现对液压 支架运行状态的调整，采煤机和液压支架联动控制 方案的关键点在于对采煤机和液压支架之间的相互 状态进行判断，从而确保精确控制液压支架运行状 态的目的。 由于煤矿井下地质条件复杂， 能见度较低 而且工作环境恶劣，传统的编码器计数的位置判断 方案经常出现累积误差，难以满足联合运行时长期 控制需求， 因此经过多次验证， 本文采用了红外线传 感器位置判断方案[5]， 在采煤机上设置红外线接收 装置，在各液压支架上设置对应编码的红外线传感 器，采煤机接收到红外线信号后即可对信号进行解 码， 从而判断出与各液压支架的相对位置关系， 满足 联合调节控制的需求， 具有定位精度好、 稳定性好的 优点。 根据实际应用表明该智能化综采作业技术能够 精确地实现各设备之间的联合运行控制，将井下综 采面作业人员数量减少了 52，综采作业效率提升 了 24， 是实现无人综采作业的基础， 具有极大的应 用推广价值。 4结论 1）“三机联合控制， 主要通过 “三机” 联动控制系 统和煤矿井下的各液压支架控制器共同实现，通过 对设备之间运行状态和位置关系的分析，实现了自 动化联动运行控制； 2） 刮板输送机采煤机智能匹配控制系统， 以 刮板输送机运行时的工作电流为信号作为实现刮板 输送机和采煤机协调运行的基础， 调节精度高、 稳定 性好； 3） 红外线传感器位置判断方案， 具有定位精度 好、 稳定性好的优点； 4） 该智能化综采作业技术将井下综采面作业人 员数量减少了 52，综采作业效率提升了 24， 具 有极大的应用推广价值。 参考文献 [1]王国法. 综采自动化智能化无人化成套技术与装备发展方向 [J].煤炭科学技术， 2014 （9） 30-34. [2]付国军， 杨明亮， 许太山.综采无人工作面的整体设计与实现方 法的构想[J].工矿自动化， 2013， 39 （1） 39-42 [3]姜广建.综合机械化在煤炭开采中的应用探讨[J].中小企业管理 与科技 （下旬刊） ， 2011 （1） 224． [4]陈令国， 赵江华， 梅雪峰.综采工作面刮板输送机的自动化、 智能 化控制技术[J].工矿自动化， 2011 （12） 24-26． [5]樊启高.综采工作面 “三机” 控制中设备定位及任务协调研究 [D].徐州 中国矿业大学， 2013. （编辑 赵婧） 图 2煤矿井下刮板输送机与采煤机运行匹配控制系统结构 示意图 Study on the Application of High-efficiency Fully-mechanized Mine Zhang Xianjun （Wangyun Coal Mine Branch, Jincheng Shanxi 048411） Abstract In view of the low degree of automation, slow speed and poor economy of fully mechanized coal mining operation, this paper proposes a new high efficiency fully mechanized coal mining operation technology, which adopts intelligent control scheme to control the operation of shearer, scraper conveyor and hydraulic support. According to the practical application, the intelligent fully mechanized mining operation technology has reduced the underground fully mechanized mining surface workers by 52, and the efficiency of fully mechanized mining operation has increased by 24, which has significantly improved the safety and economy of underground fully mechanized mining operations in coal mines. Key words automation; high efficiency fully mechanized mining; intelligent control 刮板输送机 载煤量计算 刮板输送机采煤 机协同速度规划 刮板输送机 负载预测 刮板输送机采煤 机速度调节 粒子群多目标优化算法 采煤机位置 采煤机运行方向 BP 神经网络 刮板输送机电流采煤机牵引速度 刮板输送机链速 模糊 PID 控制算法 张献军 煤矿井下高效综采作业技术的应用研究251