采煤机位置监测装置的原理与应用.pdf

第3 5 卷 2 0 0 7 年第 1 1 期 Mining Processing Equipment 采 掘 4 3 论文编号1 0 0 1 - 3 9 5 4 2 0 0 7 1 1 - 0 0 4 3 - 0 4 5 采煤机位置监测装置的原理与应用 夏护国 神华集团神东煤炭分公司设备管理中心 陕西神木 7 1 9 3 1 5 摘要介绍了自动化采煤工作面的关键技术之一──采煤机位置监测装置的主要功能、组成、工作 原理以及应用。该装置具有采集采煤机位置及方向的信息数据功能，通过校正传感器能校正位置数 据的误差，装置中发射机与接收机通讯采用无线传输，结构简单，性能可靠。 叙词采煤机 位置监测装置 监测发射机 信息接收机 无线传输 自 动化采煤工作面关键技术的研究和应用是煤炭 行业的重点科技攻关任务，采煤机位置监测装 置就是其中之一。要实现采煤机的跟机自动化，对采 煤机的位置状态进行监测是一个非常重要的环节，只 有在支架控制单元确认采煤机所处位置后，才能根据 获得的位置信息，发出相应的控制指令，实现支架的 联动，因此采煤机位置监测装置的研究就显得十分重 要。 1 监测装置主要功能 利用齿轮计数的原理得到行走齿轮的转数，转数 乘以行走齿轮的周长得到采煤机行走的距离，根据支 架的架间距计算出采煤机的中间部位位于工作面哪个 支架的中心 即架号 ，从而确定采煤机在工作面的位 置，然后把这个数据传输给 P m 3 1 或 P m 3 2 等液压支架 控制系统。监测装置主要功能有以下几点 1 具有采集采煤机位置及方向的信息数据功能； 2 通过校正传感器能校正位置信息数据的误差； 3 通过发射机中的中央处理单元及无线数传模块 电路的变换处理，通过发射天线向外发射采煤机位置 及方向信息； 作者简介夏护国，男，1 9 7 2 年生，陕西咸阳人，1 9 9 5 年毕业于 山西矿业学院矿山机电专业，大专，工程师，现在中国神华神东煤 炭分公司设备管理中心从事技术工作。 上接第 4 2 页 f u n c C o u n t1 9 9 函数求值次数； a lg o r ith m m e d iu m - s c a le S Q P ，Q u a s i- N e w to n 使用 S Q P 算法； 通过优化分析计算，可得设计工况下 处理风量 Q 为 0 .1 1 m 3/ s ，空气密度 r 为 1 .2 k g/m 3，压力损失 DP 为 1 0 0 0 P a 旋风除尘器的最优结构尺寸，如表 1 。 表1 设计工况下的最优结构尺寸 m m 名称abDcDdHHcLDo 大小1 2 56 31 8 61 1 71 2 2 86 2 62 3 53 0 0 目标函数值 f＝fval＝- 4 .4 3 1 0 e 0 0 3 。 4 优化结果的分析与比较 评价旋风除尘器的性能，主要从压力损失、除 尘效率、使用寿命及所占空间大小等方面进行综合考 虑。但着重的评价指标是压力损失和除尘效率，即所 谓的“低阻高效”。 为了检验本文提出的优化方法及所得尺寸结果是 否正确合理，引用 X L T/A 型旋风除尘器所描述的压力 损失和除尘效率[ 4 ] 与之进行比较，见表 2 。 从表 2 可见，优化设计出来的旋风除尘器在压 力损失，除尘效率两方面都明显优于 f3 0 0 X L T/A 型 除尘器。在三种入口气速下，压力损失平均下降了 1 9 .8 3 ％，除尘效率提高了 7 ％，由此可知，本文采用 的优化设计方法是可信的，建立的数学模型也是比较 合理的。 5 结论 本文基于紊流连续径向混合分离理论，建立 了优化设计数学模型及目标函数，并借助计算机和 MA T L A B 优化 f m i n c o n 函数，得出了设计工况下旋风 除尘器的最佳结构尺寸，并和常规工程设计计算进行 了对比，表明优化设计出的旋风除尘器整体性能显著 提高。由于篇幅所限，本文尚未对优化模型进行工程 试验验证，其工程实用性有待进一步研究。 参 考 文 献 1 徐明绍. 除尘技术的基本理论与应用. 北京中国建筑工业出版 社，1 9 8 1 2 胡满银. 除尘技术. 北京化学工业出版社，2 0 0 6 3 金国淼. 除尘设备设计. 上海上海科学技术出版社，1 9 9 0 4 张殿印. 除尘器设计手册. 北京化学工业出版社，2 0 0 5 5 魏 巍. MA T L A B 应用数学工具箱技术手册. 北京国防工业出版 社，2 0 0 4 □ 收稿日期2 0 0 7 - 0 5 - 1 0  表2 与 f3 0 0 X L T/A 型旋风除尘器压力损失和除尘效率比较 入口气速 vi/（m s - 1） 筒体直径 Do/m m 压力损失 DP/P a 除尘效率 hi 1 23 0 0 X L T/A优化型X L T/A 优化型 4 8 03 6 5 . 50 . 8 50 . 9 1 3 1 53 0 07 5 56 2 4 . 80 . 8 80 . 9 3 4 1 83 0 01 0 7 88 7 9 . 70 . 9 00 . 9 6 7 采煤机位置监测装置的原理与应用 第3 5 卷 2 0 0 7 年第 1 1 期 Mining Processing Equipment 采 掘 4 4 4 装置中接收机具有接收采煤机位置及方向信息 的功能，接收天线收到的信息，经接收机的无线数传 模块和中央处理单元电路的变换处理后，经电缆传送 给支架控制器，支架控制器对获取的信息进行变换处 理，显示出采煤机位置及方向的信息； 5 监测装置的信息传给主控计算机，主控计算机 根据获取的位置信息，发出相应的控制指令，实现推 溜、拉架等动作的控制； 6 装置中的发射机和接收机之间的通信为短距离 无线通信方式，无电的直接连接，增加了系统的安全 性。 2 监测装置的组成 采煤机位置监测装置 以下简称监测装置 ，包括 采煤机位置监测发射机 通过传感器来获取采煤机位置 及方向数据并发送数据的装置，以下简称发射机 和采 煤机位置信息接收机 把接收到的采煤机数据传送给 支架控制器，并通过支架控制器传送给井下主机的装 置，以下简称接收机 。监测装置可自成体系，单独使 用；也可借助于液压支架电液控制系统 如 P m 3 1 型液 压支架电流控制系统 组成监测系统；或借助于其它有 关系统组成监测系统。 发射机通过其计数传感头采集采煤机位置及方向 信息，并以无线电波的方式发射出去。接收机收到发 射机发出的信息后经过连接电缆传送给支架控制器， 由支架控制器变换处理并显示出采煤机的位置及方向 信息，也可再由支架控制器传送给主控制计算机 上位 机 。发射机和接收机之间的通信方式采用短距离无线 通信的方式，没有电的直接连接。发射机和接收机均 为矿用本安型，适用于煤矿井下。 发射机主要由两部分组成，一部分是由磁性齿轮 传感器、磁铁圆盘及磁珠组成，另一部分是由校正传 感器和校正磁铁组成。就是在行走齿轮或行走齿轮轴 的端部 与行进齿相对的另一端 镶嵌一个圆盘，圆盘 周边平均分布镶嵌 9 个磁珠，在磁珠的轴线上安装一 个双路磁性齿轮传感器，与圆盘的轴向距离在 5 m m 以 内；校正磁铁安装在工作面 1 3 架或 1 7 架前面的挡煤 板中，接近开关安装在与磁铁相同高度的采煤机的某 一位置上，两者的距离在 1 0 0 m m 左右。 发射机安装在采煤机上，其主要功能是行走齿轮 齿数计数、计数校正和数据无线发送。接收机安装在 支架上，工作面每隔 4 0 ～8 0 架安装一个，其主要功能 是数据无线接收、齿数架数物理量转换、与支架控制 器通信等。如图 1 所示。 系统配置方式一个采煤工作面配置一台发射机 包括一个计数传感头和一个校正传感头 ，发射机安装 在采煤机的某个位置上，工作面每隔 5 0 m 左右的距离 配置一台接收机，接收机安装在支架上。 如图 2 所示。 图2 监测系统的配置 3 工作原理 3 . 1 传感器的工作原理 1 磁性齿轮传感器 磁铁 S 极触发，空闲状态输 出高电平，触发时输出低电平。 2 校正传感器 磁铁 S 极触发，空闲状态输出低 电平，触发时输出高电平。 3 . 2 系统的工作原理 采煤机在工作面上的行走是通过采煤机的电动 机驱动，经过几级齿轮传动，作用到采煤机的行走齿 轮，通过行走齿轮与输送机上安装的齿轨的啮合来实 现的。也就是说，采煤机行走的距离可以通过行走齿 轮的圆周来计算。行走齿轮每转一周，采煤机所走过 的距离为 L＝2 πr L 为采煤机行走的距离，r 为行走 齿轮的半径 ，行走齿轮转 n 周，采煤机所走过的距离 为 L＝n2 πr，所以，在知道行走齿轮的转数 或者说采 煤机的运行速度 后，就可以计算出采煤机所走过的距 离，然后根据下式计算出支架号。 Sn＝So { [ N- 1 /CL] }/D 1 式中 Sn──实际支架号 So──校正传感器所在架号 N──齿数 C──计数圆盘磁铁数量 L──行走齿轮周长 D──架间距 当齿轮顺时针旋转时，传感器 B 先于 A 触发，传 感器 B 先输出低电平；当齿轮逆时针旋转时，传感器 A 先于 B 触发，传感器 B 先输出低电平。这样通过判 别传感器 A 、B 出现低电平的顺序可以判别齿轮的旋 转方向，进而可以判别采煤机的运行方向。 3 . 3 采煤机位置数据的误差分析及校正 采煤机在工作面上是长时间连续运行的，当采煤 机在工作面某一段距离来回运行的时候，传感器有可 能丢掉或增加脉冲，假如传感器探头位于齿轮的两个 齿之间，在采煤机运行时就会丢掉一个脉冲，假如采 煤机行走齿轮每转 1 圈，采煤机在直线上正好行走 1 m 的距离，行走齿轮有 9 个齿 磁珠 ，那么丢失或增加 1 个脉冲就会产生 1 1 1 .1 m m 的误差，这种误差经长时 间累积就会影响采煤机位置的定位精 下转第 4 5 页 图1 采煤机位置监测装置组成 采煤机位置监测装置的原理与应用 第3 5 卷 2 0 0 7 年第 1 1 期 Mining Processing Equipment 采 掘 4 5 上接第 4 4 页 度。因此为了确保采煤机位置的正 确，及时地对误差进行纠正是必须的。校正装置能够 确保当采煤机在每一个工作循环可以进行一次以上的 位置校正，校正传感器 由磁铁的 S 极触发 安装在采 煤机上，当采煤机经过校正位置时，校正磁铁会触发 接近校正传感器，单片机会将位置计数器清零，在软 件系统中设置好位置计数器为“零”时采煤机位置对 应的支架号，从而达到校正的目的。 3 . 4 短距离无线通讯 发射机和接收机之间的通讯方式采用无线传输。 地面空旷地带测试其通讯距离达到 3 k m ，由于发射机 通过天线发送信号，而信号是以同心圆的形式向外发 送，工作面空间非常小，而且充满着金属物质，所以 对其通讯距离的影响就非常大，通过测试，井下通讯 距离可以达到 1 0 0 m 。尽管井下无线传输受到传输距离 的影响，但是作为工作面来说，其长度基本上处于 3 0 0 m 以内，一方面无线传输的距离可以通过提高发射功 率等措施增加，另一方面，可以在工作面中多安装几 个接收装置，可以同时接收发射机发射出来的信息， 从而解决井下通讯距离不足的问题。 4 使用效果 采煤机位置监测装置结构简单、性能可靠，很好 地解决了自动化采煤工作面煤机定位的关键技术。在 自动化采煤工作面关键技术研究成果的基础上，神东 公司先后建成了榆家梁煤矿、哈拉沟煤矿和补连塔煤 矿三个自动化综采工作面。 5 结语 在西方一些国家，如英国和澳大利亚等国家，已 进行过自动化采煤。我公司在国内率先进行了自动化 综采工作面的生产应用，取得了很好的效果。自动化 工作面的应用有利于提高工程质量、降低工人劳动强 度，发挥了先进设备的效能，提高了综采工作面的科 技水平，为我国综采工作面自动化技术的应用积累了 成功的实践经验。煤岩识别技术也是自动化采煤工作 面关键技术之一，目前还没有有效的解决方法，是下 一步研究的方向。□ 收稿日期2 0 0 7 - 0 1 - 1 5 修改稿日期2 0 0 7 - 0 6 - 1 6 论文编号1 0 0 1 - 3 9 5 4 2 0 0 7 1 1 - 0 0 4 5 - 0 4 6 井下采煤机用于露天矿的构思 方 林 方宗仁 中煤国际工程集团沈阳设计研究院 辽宁沈阳 1 1 0 0 1 5 摘要当前露天矿不论开采方法和开采设备都很不理想，而井下采煤机在高产高效矿井生产中显示 了极为突出的优势，本文阐述了将井下采煤机用于露天矿的构思，对露天矿的开采将起到良好的作 用。 叙词井下 露天 采剥机 采剥法 现 在露天采矿机械很不理想，傻、大、笨、重，选 采性能差，作虚功多，工序也多，所用设备也 多，造成投资大、维护费用高、效率低、电耗多。其 原因就是还沿用着原始的“炮采法”。根据我国煤炭 发展历史来看，原井工开采最早也是“炮采”，经过 引进采煤机生产，每个工作面已由 2 0 ～3 0 万 t/a ，达 到现在的 5 ～6 Mt/a ，最高已达 1 0 Mt/a 。因此，露天 矿也应将“炮采”改为切割式的采煤机。但由于井下 与露天有差别，气侯、环境和任务都不同，必须加以 改进。改进采煤机的切割强度，使其能适应切割坚硬 的岩石和冻硬的土、煤的采剥，另采取各种措施，以 达到“四化”要求。 1 改进方法 1 . 1 任务的改变 采煤机在井下主要是采煤，而露天剥离量要大很 多，解决了剥采量，就完成了 7 0 ～8 0 以上的开采 工作量，这是采煤机改进的关键，必须予以解决。因 剥离物大部分是坚硬的岩石，那就要加大切割力度， 由现在的 f＝5 ～6 发展到能切割 f＝1 6 的物料，才能达 到既能采煤，又能剥离 故名曰采剥机 ，这样方可符 合要求。根据采煤机结构及使用情况，不仅有条件， 而且完全能做到，尤以当今中国冶金和热处理技术迅 猛发展，还有钻探技术的发展，都是最好的借鉴。 1 . 2 气侯条件的改变 井下温度均在 2 ℃以上，因为地面温度降至 - 4 ℃ 以下时，井口就加温，将热风送入井下。露天在冬季 冰天雪地时，就要采取措施，人要防寒，物要防冻， 虽然水、铁、油都有防冻成品，选用时务必要注意油 还要防水，作好密闭等。 1 . 3 环境的改变 采剥机与刮板输送机向前移动，在井下是依靠 顶、底板或液压支柱作支点，用液压缸将采煤机和刮 板机向前推进，在地面上无此条件。 上述 1 .1 节和 1 .2 节二者进行统一考虑，增设一台 电液互换动力的推土机，机上设操作室液压站、破碎 锤、简易吊车、零部件库等，可为操作工人避风雨和 对设备进行各种操作，包括对采剥机的操作、推采剥  井下采煤机用于露天矿的构思