大型露天礦半連續開采裝備智能化控制

紀飛　葉龍

摘 要：煤炭在我國的能源結構中占據著重要的比重，相對于石油、天然氣等一次化石能源我國煤炭資源相對豐富，在經濟快速發展的今天加快煤炭開采保障能源供應是經濟健康穩定發展的重要保證。露天煤礦相對于井下開采不論是開采技術難度還是開采成本都相對較低，通過大型成套設備的高效、環保、節能的綠色開采能夠實現露天煤炭資源的充分利用，且經濟回報率較高。現今在我國露天煤礦的開采中，國產千萬噸級露天煤礦半連續開采成套設備的智能化仍存在一定的不足致使千萬噸級露天煤礦半連續開采成套裝備無法最大限度地發揮出其開采能力。因此，為提高露天煤礦的開采效率，應當積極加強千萬噸級露天煤礦半連續開采成套裝備的智能化研究，通過智能化控制系統的自動化檢測、監測、保護和控制提高千萬噸級露天煤礦半連續開采成套裝備的作業效率和作業的安全性。

關鍵詞：千萬噸級露天煤礦半連續開采成套裝備；智能控制；調速

中圖分類號：TD824 文獻標志碼：A

0 前言

在世界范圍內，大型露天煤礦最為先進的開采工藝是以自移式破碎站為核心的半連續開采工藝，通過單斗挖掘機-自移式破碎站-轉載機-移置式膠帶運輸機等設備的配套協作建立的開采作業線相對于傳統的“單斗-卡車”作業模式開采成本壓縮了3成、效率成倍提升且更為環保。這一開采工藝已經在國內外多數大型露天煤炭開采中得到應用，國產設備廠商通過對千萬噸級露天煤礦半連續開采成套裝備進行刻苦攻關，已經形成了具有自主知識產權的成套裝備研制能力，但是與國外同類產品相比在千萬噸級露天煤礦半連續開采成套裝備控制智能化方面上仍存在著一定的不足，致使半連續開采成套裝備無法最大限度地發揮出開采能力。通過加強對于千萬噸級露天煤礦半連續開采成套裝備配套的自動化檢測、監控、保護和控制系統用以形成對于千萬噸級露天煤礦半連續開采成套裝備的智能化控制。

1 千萬噸級露天煤礦半連續開采成套裝備的組成

千萬噸級露天煤礦半連續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、轉載機、帶式輸送機所組成的開采作業線。在露天煤礦的開采過程中，單斗挖掘機完成煤炭的采掘作業后，將原煤輸送至自移式破碎站，自移式破碎站將原煤進行破碎后，排料輸送裝置經轉載機輸送至帶式運輸機上，實現原煤的開采、輸送。

2 千萬噸級露天煤礦半連續開采成套裝備的智能控制

在千萬噸級露天煤礦半連續開采成套裝備的智能化控制中著重需要解決單機設備之間的自動準確對接、自移式破碎站的姿態感知和姿態自動調整、自移式破碎站的自動破碎以及物聯網等幾方面的問題。

2.1 千萬噸級露天煤礦半連續開采成套裝備自動對接智能控制

自移式破碎站體積龐大，且自重高達上千噸，在實際開采作業中需要跟隨開采設備進行移動，為保證開采工藝的運行，70多米長的轉載機需要頻繁的進行移動對接破碎站和受料車以保證物料連續穩定輸送至受料車中。在這一對接過程中由于受到風力以及負載和煤粉的干擾致使現今國內外在對接上多采用的是人工對接方式，人工對接效率低且受干擾較大。通過做好多臺大型裝備智能快速對接的智能研究將能夠極大的提高對接的效率，縮短對接時間、提高設備的對接的安全性。同時自動對接還能夠解決夜間及能見度較差條件下的對接難題。在自動對接智能控制的實現上采用的是結構創新與智能對接控制技術相結合的方式。結構創新是通過在自移式破碎站和轉載機上附加一個回轉自由度，實現微擺回轉動作；智能對接控制技術是通過加裝于自移式破碎站和轉載機上的查分GPS和UWB元件來對自移式破碎站和轉載機的位置進行定位以實現對于自移式破碎站和轉載機自動對接的控制。自動對接智能控制的原理如圖1所示。

2.2 自移式破碎站的姿態感知和姿態自動調整

自移式破碎站體積龐大，自重高達千噸，自移式破碎站在移動的過程中受制于作業現場復雜的地面情況，致使自移式破碎站經常處于傾斜工況下，加之自移式破碎站作業時時有轉彎運動、爬坡等情況，致使自移式破碎站存在著傾覆的危險。尤其是在側面、斜面工作面作業時露天礦現場高達30m/s及以上的風速將極大的增加自移式破碎站傾覆的風險。通過自移式破碎站的姿態感知和姿態，自動調整將有助于保證自移式破碎站的穩定性，通過在自移式破碎站上加裝水平、豎直位置傳感器用以對自移式破碎站作業時的傾斜情況進行監測，同時加裝于其上的風速傳感器能夠對自移式破碎站作業時現場的風速情況進行檢測，并通過計算來對自移式破碎站的傾覆風險進行計算，并根據所反饋的水平、豎直狀態和風速情況來對自移式破碎站的姿態進行調整（通過上部機身的旋轉和排料臂的調整），用以調整自移式破碎站的重心，同時對自移式破碎站作業時的危險姿態、高危姿態進行監測控制，保障自移式破碎站的安全、高效的運行。

2.3 自移式破碎站和轉載機履帶智能調速及動力匹配

自移式破碎站和轉載機在作業的過程中依靠兩條履帶的速度差進行轉彎，在現今自移式破碎站和轉載機履帶的控制中國內外大型自移式破碎站和轉載機履帶調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現動力的匹配，致使履帶調速與動力匹配無法在最佳效果下進行。千萬噸級露天煤礦半連續開采成套裝備的行進速度較低，針對履帶3種典型的轉彎情況（原地轉彎：一條履帶制動，另一條履帶前進；滑移轉彎：一條履帶后退，另一條履帶前進；大半徑轉彎：一條履帶前進速度慢，另一條履帶前進速度快），可以采用智能控制方法進行調速及動力匹配，達到提高效率、降低能耗的目的。在自移式破碎站和轉載機履帶智能調速及動力匹配上對自移式破碎站和轉載機履帶運行情況進行研究，采用智能算法來對電機轉速進行調整和匹配用以采用最小的功耗和滑移量來完成轉彎作業，提高自移式破碎站和轉載機運動的穩定性并降低能耗。

2.4 構建先進的自動化控制系統

在千萬噸級露天煤礦半連續開采系統的自動化控制上采用S7-400為控制核心，并在現場搭建以工業以太網為基礎的監控、控制網絡，完成對于千萬噸級露天煤礦半連續開采裝備的監控、控制。

結語

目前應當積極加強對于千萬噸級露天煤礦半連續開采成套裝備的智能化研究，解決千萬噸級露天煤礦半連續開采成套裝備作業中的對接、自移式破碎站的姿態監控調整以及自移式破碎站和轉載機履帶動力調整等的難題，提高作業效率。

參考文獻

[1]張洪，賀永軍，劉梅.露天煤礦剝離半連續開采工藝系統及其應用的研究[J].露天采礦技術，2013（1）：9-13.

[2]蔡智生，張鳴江.大型露天煤礦連續與半連續開采工藝設備的集中控制系統[J].電氣傳動，1997（6）：22-25.