大采高數字智能化采煤機的設計應用

高振華

（霍州煤電辛置煤礦生產技術科， 山西 霍州 031412）

引言

目前，我國已能提供中低端系列煤機裝備，但高端煤機裝備與國外發達國家相比尚存在較大差距。通過對煤層識別、井下雙向通信、狀態監測、遠程控制、三機協調控制等關鍵技術的研究，開發出采煤機智能控制系統，研制出年產千萬噸大采高智能采煤機，可以實現工作面煤機裝備的智能化控制和自動化生產，達到煤礦綜采工作面減人、少人的目的[1]。

年產千萬噸大采高數字智能化采煤機由辛置煤礦牽頭，聯合各大高校協同合作攻關，通過研發采煤機智能控制系統，開發關鍵核心智能裝置，實現了對采煤機的智能化控制，可以對工作狀態進行實時監測監控，對設備故障進行自動預警診斷，同時對煤層進行智能化識別。

1 采煤機主要技術參數

裝機總功率：2860（2660）kW；截割功率：1100（1000）kW；最大采高：7.0 m；最大牽引速度：26.6（30）m/min；最大工作牽引速度：12.3 m/min；最大牽引力：1756 kN；生產能力：≥4500 t/h；自動調高控制最大誤差：＜10mm；機身傾角檢測精度：＜0.7°；遠程通信接口：10/100 M以太網；遠程控制最大距離：600 m；遠程控制總響應時間：＜500 ms；整機質量：165 t[2]。

2 采煤機關鍵技術的分析

2.1 采煤機狀態監測、預警、診斷技術

該采煤機對于工作狀態監測的實現主要是利用多傳感器數據融合技術，具體監測系統示意圖如圖1所示。事先安裝的傳感檢測單元可以對采煤機相應的部件進行數據采集，再通過監測系統進行快速診斷和預警，同時還可以查看設備的可查看歷史故障記錄[3]。

電器監測：對供電電壓、電機電流和溫度、變頻器工作狀態等參數進行監測。液壓及水路系統監測：對油箱液位、油箱溫度、油高壓壓力系統進行監測。機械傳動系統監測：對左右截割部—軸溫度、牽引傳動箱—軸溫度、旋轉編碼器（滾筒高度）、旋轉編碼器（煤機位置）、搖臂高低速軸承振動進行監測。

監測系統安裝了三相電流互感器、絕緣監測模塊、PD100傳感器，從而完成電機的過載減速、重載反牽、漏電閉鎖及過溫等保護，對采煤機各個電機的狀態進行實時監測、自動診斷并做出相應預警提示。安裝在電纜夾的稱重傳感器，對電纜張力監測和保護。系統能實現對搖臂高速腔、牽引傳動箱高速腔及泵站的油溫進行監測、報警和保護，對泵站油位監測與報警，對調高系統高、低壓油壓壓力進行監測，對冷卻水、左右內噴霧壓力流量進行實時監測、預警。采煤機電氣系統實時對其內部各個傳感器部件與PLC和DSP架構的監測系統的通信狀態進行監測，直觀地給出各個傳感器的通信狀態。

圖1 數字智能化采煤機監測系統示意圖

2.2 滾筒高度自動調節技術

用高精度旋轉編碼器測量采煤機搖臂與機身的相對角度，利用油缸位置傳感器測量控制搖臂升降油缸的實際伸縮量，將數據進行采集和傳輸后，到達DSP處理器進行下一步的綜合處理。同時采煤機傾角陀螺儀記錄的相應數據，可以準確得到采煤機的滾筒高度。利用采集信息和歷史數據進行比對，建立地質模型進行運算，自動設定采高的目標值。滾筒高度自動調節可見圖2所示。

圖2 自動調高控制示意圖

2.3 牽引速度自動調節技術

順槽集控平臺收集液壓支架支護、移動狀態和運輸機負載的煤流相關參數，結合采煤機位置，給采煤機發出牽引速度的目標信號。將采集到的數據信息傳輸到DSP處進行處理運算，得到相應的位置，同時結合截割電機、牽引電機的負載電流和溫度信號一同進行處理。由順槽集控平臺做出相應的牽引指令，采煤機DSP處理器接收到指令后，控制牽引電機轉速，自動連續平滑達到給定速度（變頻器也實時采集電機參數并通過DSP處理器反饋給順槽集控平臺）。

2.4 采煤機定位與煤層識別技術

該采煤機通過建立工作面煤層的三維數字化GIS模型來實現對采煤機的絕對定位，根據相應的監測結果，能自動計算出采煤機區域當有刀煤厚值和下幾刀煤厚值，同時利用歷史數據可以對后采區域進行相應的截割預測，從而實現煤層的自動識別[4]。

3 實踐應用分析

研制出的千萬噸級智能采煤機在霍州煤電集團辛置煤礦成功進行了應用實踐，實現了采煤工作面設備智能化控制及自動化生產，提升整個綜采設備行業的智能化水平，促進國內智能成套綜采工作面的國產化，具有良好的經濟、社會效益和推廣示范作用價值[5]。

1）經濟效益。該智能采煤機的使用，實現了工作面自動化生產，使煤炭企業實現了減人增效，工作面跟班人員減至1/3；節約了人力資源成本，該采煤機每年可生產原煤1000萬t，為煤炭企業新增產值40億元。

2）社會效益。該智能采煤機實現了全自動化采煤，對于采煤機的研發具有很好的參考意義。

4 結論

該設備在霍州煤電集團辛置煤礦得到了實踐應用，設備運行正常、平穩可靠，各項技術指標、智能化功能均達到了項目的要求，產生了很好的經濟效益和社會效果，可以進行推廣應用。