綜采工作面采煤機自動化采煤煤巖識別

鄒云興

摘 要：為了實現無人化采煤工作面，本文以綜采工作面采煤機的煤巖識別作為主要研究內容，通過對采煤機煤巖識別的相關技術進行闡述和分析，進而設計了一種基于精確煤層三維模型的采煤機煤巖識別系統，并對其煤巖識別與搖臂狀態控制的方法展開了深入研究，研究表明，本文設計的采煤機煤巖識別系統能有效滿足其采煤過程中對煤巖識別工作自動化要求，為實現無人化采煤工作面提供可靠保障。

關鍵詞：采煤機；煤巖識別；搖臂狀態

一、采煤機煤巖識別的相關技術

（一）EMD法。EMD法，即跟經驗模態分解法是綜采工作面中采煤機對煤巖界面識別的一種常用辦法，實際上是一種自適應的信號分解辦法，以煤體和矸石下落過程中所產生聲波信號間頻譜差異為依據，對下落的物體為煤炭還是矸石進行判斷。需要說明的是，此方法只有在滾筒切割到頂部和底板的巖石后方能夠對煤巖予以準確判斷，而對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別。多傳感器信息融合識別，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，在徑向基函數神經網絡的作用改下，完成對各傳感器識別信息的綜合，從而確定出綜采工作面中采煤機煤巖識別的結果。

（三）紅外探測。對采煤機進行分析可知，其在將煤體與巖石進行截割后，因二者不同性質，導致采煤機截割后的問年度也具有一定差異?；诖耍柚t外探測的辦法對采煤機滾筒截齒的溫度進行探測，便能夠使操作人員快速了解到相應的煤巖界面。值得注意的是，紅外探測法只有在采煤機截割到巖石時，方能夠形成對煤巖的準確判斷。在了解集幾種采煤機煤巖識別相關技術的基礎上，下文著重對基于精確煤層的采煤機煤巖識別系統設計辦法展開深入研究。

二、基于精確煤層模型的采煤機煤巖識別

（一）系統設計總思路。本文設計的是一種以精確煤層的三維模型為依托的采煤機煤巖識別系統，在借助地質勘測量得到的煤層數據的基礎上，對當前煤層的三維模型進行構建，并通過對采煤機搖臂高度進行適時調整，確保自動化無人開采目標的實現。相較于傳統的煤巖識別系統，本文設計的這一系統無需采煤機主動發送識別信號，而只需對所構建的三維模型的碰撞情況進行檢查和，方能夠實現對煤巖的準確識別。

（二）煤層模型的構建與采煤機狀態描述。對傳統煤層三維模型進行分析可知，其大都是在處理鉆孔獲得數據的基礎上，按照相關的算法進行擬合所獲得的，其核心數據來源為基于三維地震波探測得到的對應數據，這種辦法下采煤機對1m以上煤層厚度的探測精度在最高時可達到95%?；诖耍瑢⒒谌S地震波數據構建的模型作為綜采工作面煤巖識別的初步模型，這需要巷道掘進時所獲得的煤層具體數據對其驗證發放能夠確定其煤巖識別效果。對于采煤機而言，其在實際的運行，即割煤過程中可看作是采煤機模型對煤層模型的反復截割，對于割煤吼吼的煤層（模型）而言，通常有兩種處理方式，一是進一步標識模型，進而對采空區與未回采區進行區分；二是以割煤數據為依據，生成新的煤層模型，使其充當下一個割煤循環的基本模型。

對于采煤機模型而言，其構建主要由其生產廠家根據特定的型號在設計的階段完成，采煤機模型的主要參數跟主要包括了其搖臂長度、滾筒直徑等。需要說明的是，除了采煤機模型以外，還應構建起刮板輸送機與液壓支架模型，其中，刮板輸送機主充當采煤機運行過程中的邊界元素，液壓支架的功能則主要為，在采煤機割煤時，阻止其滾筒同支架頂梁發生干涉和接觸。

（三）煤巖識別與搖臂狀態控制。在設計過程中關于煤巖界面的識別主要依托于兩個傳感器的數據，分別為截割電機工作電流與滾筒調高油缸壓力。對于采煤機而言，其在正常運行時，上述兩項傳感器數據會在一定范圍內發生小幅波動，中心數據因不同煤體硬度的不同而具有一定差異。當采煤機在工作過程中其滾筒接觸到巖石后，因滾筒與巖石接觸面不同，故調高油缸的兩個壓力變化也存在差異，，操作人員則能夠對巖面與滾筒接觸的位置做出進一步判斷，即當滾筒上方的截齒與巖面率先接觸時，巖石面會向滾筒施加向下的壓力，導致滾筒位置降低，而調高油缸下方的腔體壓力也隨之增加，相應地，其上方腔體壓力則下降。此時，對于操作人員而言，則能夠通過觀察安裝至滾筒處的壓力傳感器的相關數據，完成對采煤機采煤煤巖的識別。

在搖臂狀態控制方面，通過對煤巖識別系統的輸出信號進行分析，則能夠完成對采煤機搖臂狀態的自動調整，即以采煤機運行速度為依據，通過對采煤機與煤層模型進行碰撞檢查，進而確定出采煤機在某一運行位置需要的搖臂高度，在將所需高度反饋至采煤機搖臂自動控制系統當中后，系統便以所獲得的高度參數，結合采煤機自身結構，算得采煤機搖臂所需的調整量，而后，在電磁伺服閥的作用下，搖臂將被調整至所需高度，從而實現基于無人操作的搖臂狀態的自動調節。

三、結論

本文通過對采煤機煤巖識別的相關技術進行簡要說明，進而設計了一種基于精確煤層三維模型的綜采工作面采煤機煤巖識別系統。本文所設計的系統能夠較好地滿足采煤機自動化煤巖識別需求并能夠實現對搖臂狀態的自動化控制。未來，還應進一步加大對綜采工作面采煤機自動化煤巖識別方法的研究，為提高采煤機煤巖識別與綜采工作面的自動化水平奠定良好基礎。

參考文獻：

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