采煤機截割軌跡自動調控系統(tǒng)的研究

王曉東

（西山煤電馬蘭礦機電科， 山西 太原 030205）

引言

隨著綜采技術的不斷提升，以采煤機為代表的煤礦井下綜采作業(yè)設備的應用范圍不斷加大，顯著提升了煤礦井下的綜采作業(yè)效率。由于煤礦井下的自然環(huán)境高塵、高濕、能見度低，導致采煤機操作人員在進行截割作業(yè)時很難準確判斷采煤機截割機構的截割路徑和位置，極易出現(xiàn)漏采或者采煤機的截割機構觸頂折斷事故，不僅會導致井下停產，帶來巨大的經(jīng)濟損失，還會對綜采面作業(yè)人員的作業(yè)安全帶來較大的隱患[1]。因此本文提出了一種采煤機截割軌跡自動調節(jié)控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)采用以記憶截割為核心的調節(jié)控制邏輯，能夠滿足采煤機在惡劣工況下的自動截割路徑規(guī)劃需求。根據(jù)實際應用表明，該截割軌跡自動控制系統(tǒng)能夠極大地提升采煤機綜采作業(yè)時的穩(wěn)定性和精確性，有效的提升綜采作業(yè)效率和經(jīng)濟性，對提升煤礦井下的綜采作業(yè)安全具有十分重大的意義。

1 記憶截割原理

采煤機記憶截割控制是一種新興的截割軌跡自動調整控制技術，該控制方案的優(yōu)點在于能夠較好的適應煤礦井下復雜的地質環(huán)境，確保采煤機在截割作業(yè)時的安全性和穩(wěn)定性，該記憶截割控制原理如圖1 所示[2]。

由圖1 可知，采煤機截割記憶控制的原理在于，在綜采作業(yè)時，首先由人工控制采煤機的截割機構沿著綜采作業(yè)方向先進行截割作業(yè)，將采煤機截割機構在工作過程中不同位置（A1、B1、C1、…）綜采作業(yè)時截割滾筒的高度、采煤機的行程、采煤機的工作姿態(tài)、運行速度、截割速度等進行記錄，然后再進行切割時使采煤機按照A2=A1、B2=B1、C2=C1的方案執(zhí)行自主截割軌跡調控作業(yè)，如此反復循環(huán)，實現(xiàn)采煤機截割機構在井下綜采作業(yè)過程中截割軌跡的自動調整控制[3]。當遇到綜采作業(yè)的煤層條件復雜時，可由人工進行控制，根據(jù)實際情況改變采煤機的截割路徑軌跡，圖中X方向表示采煤機的綜采作業(yè)方向，Y方向表示采煤機的進刀的方向，Z方向表示采煤機的煤層厚度方向。

圖1 煤礦井下采煤機記憶截割控制原理

2 采煤機截割軌跡自動調控方案

煤礦井下采煤機綜采作業(yè)時截割軌跡自動調控系統(tǒng)的控制方案如下頁圖2 所示。該系統(tǒng)的核心在于自適應修正控制模塊，該模塊以記憶截割為邏輯修正控制原理[4]。采煤機在執(zhí)行截割作業(yè)的過程中，首先由控制系統(tǒng)控制采煤機的運行狀態(tài)，由采煤機上設置的各類傳感器設備對采煤機運行過程中的位置、進給速度、截割速度等進行監(jiān)控，將監(jiān)控數(shù)據(jù)通過A/D 轉換模塊進行數(shù)據(jù)信號轉換，然后將偏差結果返回到控制系統(tǒng)內，控制系統(tǒng)則通過調整調高控制信號來實現(xiàn)對采煤機液壓調高控制系統(tǒng)的調整，同時自適應修正控制模塊又能夠根據(jù)記憶截割控制邏輯，對目前采煤機的位置、速度、高度、姿態(tài)等和記憶路徑數(shù)據(jù)信息進行對比，確定各點位的調整控制參數(shù)，以修正信號的形式返回到采煤機的調高液壓控制系統(tǒng)內，最終實現(xiàn)對采煤機截割軌跡自動調控系統(tǒng)的控制[5]。同時在控制過程中系統(tǒng)會根據(jù)采煤機截割滾筒的截割受力情況對采煤機的運行狀態(tài)進行判斷，當超出可調節(jié)范圍時，系統(tǒng)將發(fā)出報警信號，提醒作業(yè)人員進行人工控制調節(jié)。

圖2 采煤機截割軌跡自動調控系統(tǒng)結構示意圖

3 采煤機截割軌跡自動調控系統(tǒng)調控效果

為了對采煤機在綜采作業(yè)過程中的截割軌跡自動調控效果進行分析，本文以采煤機試驗樣機為對象，對其綜合控制系統(tǒng)進行改造，使其滿足采煤機截割軌跡自動調整控制的要求，以采煤機運行過程中截割滾筒最高點的實際運行路徑和理論軌跡之間的符合性進行分析，結果如圖3 所示。

由實際驗證結果可知，采用該采煤機截割軌跡自動調控系統(tǒng)時，在采煤機800 mm 的綜采掘進過程中，截割滾筒最高點處的截割高度變化的最大值約為0.2 m，約為實際截割作業(yè)高度的3.23%，而在同樣條件下800 m 的作業(yè)長度內，采煤機截割滾筒的截割作業(yè)高度的偏差可以達到0.8 m，優(yōu)化后比優(yōu)化前降低了78%，而且為無人自動化智能截割作業(yè)，極大的提升了綜采作業(yè)的效率和安全性，是實現(xiàn)煤礦井下無人化綜采作業(yè)的核心。

圖3 采煤機截割軌跡自動調整效果曲線

4 結論

1）采煤機記憶截割控制是一種新興的截割軌跡自動調整控制技術，能夠較好的適應煤礦井下復雜的地質環(huán)境，確保采煤機在截割作業(yè)時的安全性和穩(wěn)定性；

2）煤機截割軌跡自動調控系統(tǒng)時，截割滾筒在截割高度方向上的偏差比優(yōu)化前降低了78%，而且為無人自動化智能截割作業(yè)，是實現(xiàn)煤礦井下無人化綜采作業(yè)的核心。