煤礦井下自動化綜采技術的應用研究

魏明飛

(山西煤炭運銷集團神農煤業有限公司，山西 晉城 048400)

引 言

煤炭作為國民經濟發展的核心能源資源，對維持經濟社會的正常運行起著十分重要的作用，隨著以采煤機、刮板輸送機、液壓支架為代表的自動化綜采設備的廣泛應用，煤礦井下的綜采作業效率已得到了極大提升，但在實際應用過程中，多數煤礦的各類自動化綜采設備均未形成連續協同作業，智能化程度低，不得不依靠人員根據綜采作業的進行不斷調整，不僅影響了綜采作業的效率而且還導致在調整過程中存在極大的安全隱患，降低了井下綜采作業的經濟性。因此本文提出了一種新的煤礦井下自動化綜采技術，采用了自動化設備協同作業的思想，將采煤機、刮板輸送機、液壓支架等設備的運行實現聯動，有效減少了井下綜采一線的作業人員數量，提升了綜采作業效率和智能化程度，根據實際分析表明采用智能化聯動作業后，井下的綜采作業效率提升了12.4%，單班作業人員的數量減少了17人，顯著提升了煤礦井下綜采的經濟性和安全性，具有極大的應用推廣價值[1]。

1 采煤機自主截割控制系統

根據煤礦井下綜采作業流程及采煤機、刮板輸送機、液壓支架之間相互配合關系，所提出的綜采設備的協同運行作業流程如第137頁圖1所示[2]。

由圖1可知，該綜采設備協同作業控制流程以采煤機的自動截割控制為基礎，實現液壓支架、刮板輸送機根據采煤機的運行達到協同控制。在實際運行過程中首先由設置在采煤機、液壓支架、刮板輸送機上的各類傳感器設備對各自的運行狀態進行確定。根據采煤機的位置和截割狀態，對采煤機在自主截割控制下的狀態進行預測，根據采煤機的截割運行路徑規劃，建立起采煤機連續運行的控制函數關系曲線，根據采煤機與液壓支架的相互位置關系實現對采煤機前后液壓支架運行狀態的智能控制，液壓支架的支護狀態隨著采煤機的運行而自動調整[3]，刮板輸送機根據液壓支架和采煤機的協同運行狀態，在支架對齊的情況下結合采煤機的運輸速度和位置，實現刮板輸送機的動對齊作業，最終實現采煤機、液壓支架、刮板輸送機的智能協同作業。

2 采煤機定位方案研究

該煤礦井下自動化綜采技術的核心在于對采煤機運行位置的精確判斷，該判斷的精確性直接影響到液壓支架和刮板輸送機聯動運行的準確性，傳統的紅外線測定位置的方案在井下應用過程中受粉塵影響，存在著較大的定位誤差，因此本文提出了紅外線測定為輔，編碼器位置測定為主的聯合采煤機位置定位方案，編碼器安裝結構如第137頁圖2所示。

編碼器設置在采煤機行走機構上第一級太陽輪處，隨著采煤機的運行而轉動。從采煤機行走機構上第一級太陽輪到傳動齒輪處的傳動比為i，編碼器隨著采煤機運行一周所產生的脈沖數量為n，從編碼器開始工作到需要對采煤機位置進行確定時所累積的總的脈沖數為N，采煤機的傳動齒輪的半徑為r，則在該計數周期內采煤機的運行距離L可表示為式(1)。

圖1 煤礦井下綜采設備協同作業控制流程示意圖

圖2 編碼器安裝結構示意圖

L=2πrN/n

(1)

同時在采煤機和刮板輸送機銷軌上設置紅外線發射和接收設備，通過紅外線定位的方法對采煤機和刮板輸送機的相對位置關系進行確定，進而判斷出在計算時間內采煤機的運行距離。通過紅外線-編碼器[4]位置測定相互配合的方式能夠有效提升采煤機位置確定的精確性和可靠性，根據實際驗證表明，采用該方案后能夠將采煤機運行時的定位精度提升到0.12 m，極大提升了采煤機位置定位的精確性，為實現井下綜采設備的聯動運行奠定了基礎。

3 刮板輸送機與采煤機協同控制

刮板輸送機主要用于承接采煤機從煤壁上剝離下來的煤炭，若刮板輸送機和采煤機的運行控制出現脫節，將導致煤炭堆積、散料等異常狀況發生，同時加大了刮板輸送機運行時的電能消耗，無法確保煤礦井下的綜采作業效率和經濟性，因此本文提出了一種刮板輸送機和采煤機協同反饋控制技術，實現了采煤機和刮板輸送機運行時的運行速度的匹配性，極大提升了運行的穩定性和物料輸送效率，該聯合協同反饋控制原理如圖3所示[5]。

圖3 采煤機、刮板輸送機協同運行控制流程

由圖3可知，當采煤機截割作業的速度超過刮板輸送機運量承受的上限時刮板輸送機的負載迅速增加，系統啟動報警控制降低采煤機的截割速度，當采煤機的截割速度降低時刮板輸送機的負載量降低，一方面控制增加采煤機的截割作業速度，一方面降低刮板輸送機的運行速度，既確保了物料運行安全也降低了刮板輸送機運行時的能量消耗。

通過該煤礦井下自動綜采技術，能夠顯著提升煤礦井下采煤機、刮板輸送機、液壓支架的聯合運行穩定性，根據實際應用表明，采用該技術方案后井下的綜采作業效率提升了12.4%，單班作業人員的數量減少了17人，對提升井下綜采作業的智能化程度，降低能源消耗，提升綜采作業經濟性具有十分重要的意義。

4 結論

針對煤礦井下綜采設備協同運行程度低，影響綜采作業的效率和經濟性的現狀，本文提出了一種新的煤礦井下自動化綜采技術，采用了自動化設備協同作業的思想，將采煤機、刮板輸送機、液壓支架等設備的運行實現聯動，有效減少了井下綜采一線的作業人員數量，提升了綜采作業效率和智能化程度，根據分析表明：

1) 紅外線-編碼器位置測定相互配合的方式能夠有效提升采煤機位置確定的精確性和可靠性，定位精度可達0.12 m，極大提升了采煤機位置定位的精確性，為實現井下綜采設備的聯動運行奠定了基礎。

2) 通過煤礦井下自動綜采技術，能夠顯著提升煤礦井下采煤機、刮板輸送機、液壓支架的聯合運行穩定性，井下的綜采作業效率提升了12.4%，單班作業人員的數量減少了17人，對提升井下綜采作業的智能化程度，具有重要意義。