大型露天礦半連續(xù)開采裝備智能化控制

紀(jì)飛　葉龍

摘 要：煤炭在我國的能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)著重要的比重，相對(duì)于石油、天然氣等一次化石能源我國煤炭資源相對(duì)豐富，在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天加快煤炭開采保障能源供應(yīng)是經(jīng)濟(jì)健康穩(wěn)定發(fā)展的重要保證。露天煤礦相對(duì)于井下開采不論是開采技術(shù)難度還是開采成本都相對(duì)較低，通過大型成套設(shè)備的高效、環(huán)保、節(jié)能的綠色開采能夠?qū)崿F(xiàn)露天煤炭資源的充分利用，且經(jīng)濟(jì)回報(bào)率較高。現(xiàn)今在我國露天煤礦的開采中，國產(chǎn)千萬噸級(jí)露天煤礦半連續(xù)開采成套設(shè)備的智能化仍存在一定的不足致使千萬噸級(jí)露天煤礦半連續(xù)開采成套裝備無法最大限度地發(fā)揮出其開采能力。因此，為提高露天煤礦的開采效率，應(yīng)當(dāng)積極加強(qiáng)千萬噸級(jí)露天煤礦半連續(xù)開采成套裝備的智能化研究，通過智能化控制系統(tǒng)的自動(dòng)化檢測(cè)、監(jiān)測(cè)、保護(hù)和控制提高千萬噸級(jí)露天煤礦半連續(xù)開采成套裝備的作業(yè)效率和作業(yè)的安全性。

關(guān)鍵詞：千萬噸級(jí)露天煤礦半連續(xù)開采成套裝備；智能控制；調(diào)速

中圖分類號(hào)：TD824 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

在世界范圍內(nèi)，大型露天煤礦最為先進(jìn)的開采工藝是以自移式破碎站為核心的半連續(xù)開采工藝，通過單斗挖掘機(jī)-自移式破碎站-轉(zhuǎn)載機(jī)-移置式膠帶運(yùn)輸機(jī)等設(shè)備的配套協(xié)作建立的開采作業(yè)線相對(duì)于傳統(tǒng)的“單斗-卡車”作業(yè)模式開采成本壓縮了3成、效率成倍提升且更為環(huán)保。這一開采工藝已經(jīng)在國內(nèi)外多數(shù)大型露天煤炭開采中得到應(yīng)用，國產(chǎn)設(shè)備廠商通過對(duì)千萬噸級(jí)露天煤礦半連續(xù)開采成套裝備進(jìn)行刻苦攻關(guān)，已經(jīng)形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成套裝備研制能力，但是與國外同類產(chǎn)品相比在千萬噸級(jí)露天煤礦半連續(xù)開采成套裝備控制智能化方面上仍存在著一定的不足，致使半連續(xù)開采成套裝備無法最大限度地發(fā)揮出開采能力。通過加強(qiáng)對(duì)于千萬噸級(jí)露天煤礦半連續(xù)開采成套裝備配套的自動(dòng)化檢測(cè)、監(jiān)控、保護(hù)和控制系統(tǒng)用以形成對(duì)于千萬噸級(jí)露天煤礦半連續(xù)開采成套裝備的智能化控制。

1 千萬噸級(jí)露天煤礦半連續(xù)開采成套裝備的組成

千萬噸級(jí)露天煤礦半連續(xù)開采成套裝備主要是以自移式破碎站為核心輔助，以單斗挖掘機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、帶式輸送機(jī)所組成的開采作業(yè)線。在露天煤礦的開采過程中，單斗挖掘機(jī)完成煤炭的采掘作業(yè)后，將原煤輸送至自移式破碎站，自移式破碎站將原煤進(jìn)行破碎后，排料輸送裝置經(jīng)轉(zhuǎn)載機(jī)輸送至帶式運(yùn)輸機(jī)上，實(shí)現(xiàn)原煤的開采、輸送。

2 千萬噸級(jí)露天煤礦半連續(xù)開采成套裝備的智能控制

在千萬噸級(jí)露天煤礦半連續(xù)開采成套裝備的智能化控制中著重需要解決單機(jī)設(shè)備之間的自動(dòng)準(zhǔn)確對(duì)接、自移式破碎站的姿態(tài)感知和姿態(tài)自動(dòng)調(diào)整、自移式破碎站的自動(dòng)破碎以及物聯(lián)網(wǎng)等幾方面的問題。

2.1 千萬噸級(jí)露天煤礦半連續(xù)開采成套裝備自動(dòng)對(duì)接智能控制

自移式破碎站體積龐大，且自重高達(dá)上千噸，在實(shí)際開采作業(yè)中需要跟隨開采設(shè)備進(jìn)行移動(dòng)，為保證開采工藝的運(yùn)行，70多米長(zhǎng)的轉(zhuǎn)載機(jī)需要頻繁的進(jìn)行移動(dòng)對(duì)接破碎站和受料車以保證物料連續(xù)穩(wěn)定輸送至受料車中。在這一對(duì)接過程中由于受到風(fēng)力以及負(fù)載和煤粉的干擾致使現(xiàn)今國內(nèi)外在對(duì)接上多采用的是人工對(duì)接方式，人工對(duì)接效率低且受干擾較大。通過做好多臺(tái)大型裝備智能快速對(duì)接的智能研究將能夠極大的提高對(duì)接的效率，縮短對(duì)接時(shí)間、提高設(shè)備的對(duì)接的安全性。同時(shí)自動(dòng)對(duì)接還能夠解決夜間及能見度較差條件下的對(duì)接難題。在自動(dòng)對(duì)接智能控制的實(shí)現(xiàn)上采用的是結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與智能對(duì)接控制技術(shù)相結(jié)合的方式。結(jié)構(gòu)創(chuàng)新是通過在自移式破碎站和轉(zhuǎn)載機(jī)上附加一個(gè)回轉(zhuǎn)自由度，實(shí)現(xiàn)微擺回轉(zhuǎn)動(dòng)作；智能對(duì)接控制技術(shù)是通過加裝于自移式破碎站和轉(zhuǎn)載機(jī)上的查分GPS和UWB元件來對(duì)自移式破碎站和轉(zhuǎn)載機(jī)的位置進(jìn)行定位以實(shí)現(xiàn)對(duì)于自移式破碎站和轉(zhuǎn)載機(jī)自動(dòng)對(duì)接的控制。自動(dòng)對(duì)接智能控制的原理如圖1所示。

2.2 自移式破碎站的姿態(tài)感知和姿態(tài)自動(dòng)調(diào)整

自移式破碎站體積龐大，自重高達(dá)千噸，自移式破碎站在移動(dòng)的過程中受制于作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的地面情況，致使自移式破碎站經(jīng)常處于傾斜工況下，加之自移式破碎站作業(yè)時(shí)時(shí)有轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)、爬坡等情況，致使自移式破碎站存在著傾覆的危險(xiǎn)。尤其是在側(cè)面、斜面工作面作業(yè)時(shí)露天礦現(xiàn)場(chǎng)高達(dá)30m/s及以上的風(fēng)速將極大的增加自移式破碎站傾覆的風(fēng)險(xiǎn)。通過自移式破碎站的姿態(tài)感知和姿態(tài)，自動(dòng)調(diào)整將有助于保證自移式破碎站的穩(wěn)定性，通過在自移式破碎站上加裝水平、豎直位置傳感器用以對(duì)自移式破碎站作業(yè)時(shí)的傾斜情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)加裝于其上的風(fēng)速傳感器能夠?qū)ψ砸剖狡扑檎咀鳂I(yè)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)速情況進(jìn)行檢測(cè)，并通過計(jì)算來對(duì)自移式破碎站的傾覆風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)所反饋的水平、豎直狀態(tài)和風(fēng)速情況來對(duì)自移式破碎站的姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整（通過上部機(jī)身的旋轉(zhuǎn)和排料臂的調(diào)整），用以調(diào)整自移式破碎站的重心，同時(shí)對(duì)自移式破碎站作業(yè)時(shí)的危險(xiǎn)姿態(tài)、高危姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制，保障自移式破碎站的安全、高效的運(yùn)行。

2.3 自移式破碎站和轉(zhuǎn)載機(jī)履帶智能調(diào)速及動(dòng)力匹配

自移式破碎站和轉(zhuǎn)載機(jī)在作業(yè)的過程中依靠?jī)蓷l履帶的速度差進(jìn)行轉(zhuǎn)彎，在現(xiàn)今自移式破碎站和轉(zhuǎn)載機(jī)履帶的控制中國內(nèi)外大型自移式破碎站和轉(zhuǎn)載機(jī)履帶調(diào)速都采用的是人工操作的方式，依靠人工操作無法最大限度的實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的匹配，致使履帶調(diào)速與動(dòng)力匹配無法在最佳效果下進(jìn)行。千萬噸級(jí)露天煤礦半連續(xù)開采成套裝備的行進(jìn)速度較低，針對(duì)履帶3種典型的轉(zhuǎn)彎情況（原地轉(zhuǎn)彎：一條履帶制動(dòng)，另一條履帶前進(jìn)；滑移轉(zhuǎn)彎：一條履帶后退，另一條履帶前進(jìn)；大半徑轉(zhuǎn)彎：一條履帶前進(jìn)速度慢，另一條履帶前進(jìn)速度快），可以采用智能控制方法進(jìn)行調(diào)速及動(dòng)力匹配，達(dá)到提高效率、降低能耗的目的。在自移式破碎站和轉(zhuǎn)載機(jī)履帶智能調(diào)速及動(dòng)力匹配上對(duì)自移式破碎站和轉(zhuǎn)載機(jī)履帶運(yùn)行情況進(jìn)行研究，采用智能算法來對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整和匹配用以采用最小的功耗和滑移量來完成轉(zhuǎn)彎作業(yè)，提高自移式破碎站和轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性并降低能耗。

2.4 構(gòu)建先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)

在千萬噸級(jí)露天煤礦半連續(xù)開采系統(tǒng)的自動(dòng)化控制上采用S7-400為控制核心，并在現(xiàn)場(chǎng)搭建以工業(yè)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的監(jiān)控、控制網(wǎng)絡(luò)，完成對(duì)于千萬噸級(jí)露天煤礦半連續(xù)開采裝備的監(jiān)控、控制。

結(jié)語

目前應(yīng)當(dāng)積極加強(qiáng)對(duì)于千萬噸級(jí)露天煤礦半連續(xù)開采成套裝備的智能化研究，解決千萬噸級(jí)露天煤礦半連續(xù)開采成套裝備作業(yè)中的對(duì)接、自移式破碎站的姿態(tài)監(jiān)控調(diào)整以及自移式破碎站和轉(zhuǎn)載機(jī)履帶動(dòng)力調(diào)整等的難題，提高作業(yè)效率。

參考文獻(xiàn)

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