綜采工作面采煤機(jī)自動(dòng)化采煤煤巖識(shí)別

鄒云興

摘 要：為了實(shí)現(xiàn)無(wú)人化采煤工作面，本文以綜采工作面采煤機(jī)的煤巖識(shí)別作為主要研究?jī)?nèi)容，通過(guò)對(duì)采煤機(jī)煤巖識(shí)別的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行闡述和分析，進(jìn)而設(shè)計(jì)了一種基于精確煤層三維模型的采煤機(jī)煤巖識(shí)別系統(tǒng)，并對(duì)其煤巖識(shí)別與搖臂狀態(tài)控制的方法展開(kāi)了深入研究，研究表明，本文設(shè)計(jì)的采煤機(jī)煤巖識(shí)別系統(tǒng)能有效滿足其采煤過(guò)程中對(duì)煤巖識(shí)別工作自動(dòng)化要求，為實(shí)現(xiàn)無(wú)人化采煤工作面提供可靠保障。

關(guān)鍵詞：采煤機(jī)；煤巖識(shí)別；搖臂狀態(tài)

一、采煤機(jī)煤巖識(shí)別的相關(guān)技術(shù)

（一）EMD法。EMD法，即跟經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法是綜采工作面中采煤機(jī)對(duì)煤巖界面識(shí)別的一種常用辦法，實(shí)際上是一種自適應(yīng)的信號(hào)分解辦法，以煤體和矸石下落過(guò)程中所產(chǎn)生聲波信號(hào)間頻譜差異為依據(jù)，對(duì)下落的物體為煤炭還是矸石進(jìn)行判斷。需要說(shuō)明的是，此方法只有在滾筒切割到頂部和底板的巖石后方能夠?qū)γ簬r予以準(zhǔn)確判斷，而對(duì)于具有較高矸石含量的煤層，其煤巖判斷效率將大打折扣。

（二）多傳感器信息融合識(shí)別。多傳感器信息融合識(shí)別，主要利用扭矩傳感器、壓力傳感器以及電流和加速傳感器等多種傳感器，在徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的作用改下，完成對(duì)各傳感器識(shí)別信息的綜合，從而確定出綜采工作面中采煤機(jī)煤巖識(shí)別的結(jié)果。

（三）紅外探測(cè)。對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行分析可知，其在將煤體與巖石進(jìn)行截割后，因二者不同性質(zhì)，導(dǎo)致采煤機(jī)截割后的問(wèn)年度也具有一定差異。基于此，借助紅外探測(cè)的辦法對(duì)采煤機(jī)滾筒截齒的溫度進(jìn)行探測(cè)，便能夠使操作人員快速了解到相應(yīng)的煤巖界面。值得注意的是，紅外探測(cè)法只有在采煤機(jī)截割到巖石時(shí)，方能夠形成對(duì)煤巖的準(zhǔn)確判斷。在了解集幾種采煤機(jī)煤巖識(shí)別相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，下文著重對(duì)基于精確煤層的采煤機(jī)煤巖識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)辦法展開(kāi)深入研究。

二、基于精確煤層模型的采煤機(jī)煤巖識(shí)別

（一）系統(tǒng)設(shè)計(jì)總思路。本文設(shè)計(jì)的是一種以精確煤層的三維模型為依托的采煤機(jī)煤巖識(shí)別系統(tǒng)，在借助地質(zhì)勘測(cè)量得到的煤層數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)當(dāng)前煤層的三維模型進(jìn)行構(gòu)建，并通過(guò)對(duì)采煤機(jī)搖臂高度進(jìn)行適時(shí)調(diào)整，確保自動(dòng)化無(wú)人開(kāi)采目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。相較于傳統(tǒng)的煤巖識(shí)別系統(tǒng)，本文設(shè)計(jì)的這一系統(tǒng)無(wú)需采煤機(jī)主動(dòng)發(fā)送識(shí)別信號(hào)，而只需對(duì)所構(gòu)建的三維模型的碰撞情況進(jìn)行檢查和，方能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)煤巖的準(zhǔn)確識(shí)別。

（二）煤層模型的構(gòu)建與采煤機(jī)狀態(tài)描述。對(duì)傳統(tǒng)煤層三維模型進(jìn)行分析可知，其大都是在處理鉆孔獲得數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，按照相關(guān)的算法進(jìn)行擬合所獲得的，其核心數(shù)據(jù)來(lái)源為基于三維地震波探測(cè)得到的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，這種辦法下采煤機(jī)對(duì)1m以上煤層厚度的探測(cè)精度在最高時(shí)可達(dá)到95%。基于此，將基于三維地震波數(shù)據(jù)構(gòu)建的模型作為綜采工作面煤巖識(shí)別的初步模型，這需要巷道掘進(jìn)時(shí)所獲得的煤層具體數(shù)據(jù)對(duì)其驗(yàn)證發(fā)放能夠確定其煤巖識(shí)別效果。對(duì)于采煤機(jī)而言，其在實(shí)際的運(yùn)行，即割煤過(guò)程中可看作是采煤機(jī)模型對(duì)煤層模型的反復(fù)截割，對(duì)于割煤吼吼的煤層（模型）而言，通常有兩種處理方式，一是進(jìn)一步標(biāo)識(shí)模型，進(jìn)而對(duì)采空區(qū)與未回采區(qū)進(jìn)行區(qū)分；二是以割煤數(shù)據(jù)為依據(jù)，生成新的煤層模型，使其充當(dāng)下一個(gè)割煤循環(huán)的基本模型。

對(duì)于采煤機(jī)模型而言，其構(gòu)建主要由其生產(chǎn)廠家根據(jù)特定的型號(hào)在設(shè)計(jì)的階段完成，采煤機(jī)模型的主要參數(shù)跟主要包括了其搖臂長(zhǎng)度、滾筒直徑等。需要說(shuō)明的是，除了采煤機(jī)模型以外，還應(yīng)構(gòu)建起刮板輸送機(jī)與液壓支架模型，其中，刮板輸送機(jī)主充當(dāng)采煤機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的邊界元素，液壓支架的功能則主要為，在采煤機(jī)割煤時(shí)，阻止其滾筒同支架頂梁發(fā)生干涉和接觸。

（三）煤巖識(shí)別與搖臂狀態(tài)控制。在設(shè)計(jì)過(guò)程中關(guān)于煤巖界面的識(shí)別主要依托于兩個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，分別為截割電機(jī)工作電流與滾筒調(diào)高油缸壓力。對(duì)于采煤機(jī)而言，其在正常運(yùn)行時(shí)，上述兩項(xiàng)傳感器數(shù)據(jù)會(huì)在一定范圍內(nèi)發(fā)生小幅波動(dòng)，中心數(shù)據(jù)因不同煤體硬度的不同而具有一定差異。當(dāng)采煤機(jī)在工作過(guò)程中其滾筒接觸到巖石后，因滾筒與巖石接觸面不同，故調(diào)高油缸的兩個(gè)壓力變化也存在差異，，操作人員則能夠?qū)r面與滾筒接觸的位置做出進(jìn)一步判斷，即當(dāng)滾筒上方的截齒與巖面率先接觸時(shí)，巖石面會(huì)向滾筒施加向下的壓力，導(dǎo)致滾筒位置降低，而調(diào)高油缸下方的腔體壓力也隨之增加，相應(yīng)地，其上方腔體壓力則下降。此時(shí)，對(duì)于操作人員而言，則能夠通過(guò)觀察安裝至滾筒處的壓力傳感器的相關(guān)數(shù)據(jù)，完成對(duì)采煤機(jī)采煤煤巖的識(shí)別。

在搖臂狀態(tài)控制方面，通過(guò)對(duì)煤巖識(shí)別系統(tǒng)的輸出信號(hào)進(jìn)行分析，則能夠完成對(duì)采煤機(jī)搖臂狀態(tài)的自動(dòng)調(diào)整，即以采煤機(jī)運(yùn)行速度為依據(jù)，通過(guò)對(duì)采煤機(jī)與煤層模型進(jìn)行碰撞檢查，進(jìn)而確定出采煤機(jī)在某一運(yùn)行位置需要的搖臂高度，在將所需高度反饋至采煤機(jī)搖臂自動(dòng)控制系統(tǒng)當(dāng)中后，系統(tǒng)便以所獲得的高度參數(shù)，結(jié)合采煤機(jī)自身結(jié)構(gòu)，算得采煤機(jī)搖臂所需的調(diào)整量，而后，在電磁伺服閥的作用下，搖臂將被調(diào)整至所需高度，從而實(shí)現(xiàn)基于無(wú)人操作的搖臂狀態(tài)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

三、結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)采煤機(jī)煤巖識(shí)別的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明，進(jìn)而設(shè)計(jì)了一種基于精確煤層三維模型的綜采工作面采煤機(jī)煤巖識(shí)別系統(tǒng)。本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠較好地滿足采煤機(jī)自動(dòng)化煤巖識(shí)別需求并能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)搖臂狀態(tài)的自動(dòng)化控制。未來(lái)，還應(yīng)進(jìn)一步加大對(duì)綜采工作面采煤機(jī)自動(dòng)化煤巖識(shí)別方法的研究，為提高采煤機(jī)煤巖識(shí)別與綜采工作面的自動(dòng)化水平奠定良好基礎(chǔ)。

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