刮板輸送機(jī)煤量分布計算及煤層高度控制

劉建偉

（寧夏天地奔牛實業(yè)集團(tuán)有限公司，寧夏銀川 750000）

0 引言

工作面刮板輸送機(jī)是整個井下采煤工作面最重要的煤炭輸送設(shè)備之一，采煤量并不是均勻的，經(jīng)常出現(xiàn)某一段很多煤，某一段煤量很少的情況，這種不均勻的分布對于刮板輸送機(jī)來說輸出不穩(wěn)定，而且現(xiàn)有技術(shù)大多都是根據(jù)刮板輸送機(jī)上的煤量調(diào)節(jié)速度。綜采工作面煤流負(fù)荷量是一個難以測量的數(shù)值，通過現(xiàn)有技術(shù)手段要精確測量該數(shù)值，需投入大量人力物力進(jìn)行研究，同時又因為井下實際情況極為復(fù)雜，工程安裝設(shè)計也較為困難，因此采用自動控制理論中的模式識別來進(jìn)行工作面煤流負(fù)荷量的預(yù)測判斷，通過對采煤機(jī)位置、采煤機(jī)切割電流、采煤機(jī)運(yùn)行速度、采煤機(jī)行進(jìn)方向、刮板機(jī)自身轉(zhuǎn)矩5 參數(shù)研究分析，建立起理論上刮板機(jī)煤流負(fù)荷量的模型和算法，并通過模型計算結(jié)果，給出刮板機(jī)合理的運(yùn)行速度，從而實現(xiàn)對刮板機(jī)上煤層高度的控制。

1 刮板運(yùn)輸機(jī)負(fù)荷及工作面出煤量的計算

根據(jù)工作面實際開采情況，可以估算出采煤機(jī)割煤的煤量，用下述公式進(jìn)行描述。

Qc=VcHBρ

其中Qc 為采煤機(jī)割煤量，Vc 為采煤機(jī)速度，H為采高，B 為煤機(jī)截深，ρ 為煤比重。假設(shè)采煤機(jī)割煤的裝煤量與支架推溜裝煤量的比值為系數(shù)Kc，則采煤機(jī)割煤時的實時裝煤量Q為：

Q=Kc×Qc

也可以推算出單個液壓支架滿行程推溜的裝煤量如下：

Qs=（1-Kc）×LHBρ÷N

其中L 為工作面總長，N 為液壓支架數(shù)，由此可獲得工作面煤流負(fù)荷量的簡單數(shù)學(xué)模型。

2 影響工作面煤流負(fù)荷量的因素

工作面煤流負(fù)荷量雖難以計算，但其與采煤機(jī)及液壓支架的實時運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)如表1：

表1 影響工作面煤流負(fù)荷量的因素

從數(shù)據(jù)積累記錄可以基本確定這三個參數(shù)相互關(guān)聯(lián)，可以通過模型和算法找出其關(guān)系。如下圖為三參數(shù)的數(shù)據(jù)曲線，數(shù)據(jù)圖中曲線1 為采煤機(jī)速度、曲線2 為采煤機(jī)位置、曲線3 為運(yùn)輸機(jī)電流，再通過收集其他參數(shù)信息，可以建立起相關(guān)的數(shù)學(xué)模型。

3 刮板機(jī)煤層分布計算方法

根據(jù)采煤機(jī)實時運(yùn)動信息和刮板機(jī)實時運(yùn)動信息計算得到一個時間段實時的煤量，根據(jù)計算得到一個時間段實時的煤量接著得到該時間段刮板機(jī)上實時的煤層高度，并產(chǎn)生實時的煤層高度信號，將實時的煤層高度信號傳送給比較模塊；根據(jù)以下數(shù)學(xué)模型公式得出煤量信息得到在一個時間段3T 內(nèi)，采煤機(jī)的采煤量Q：

圖1 采煤機(jī)位置、速度與運(yùn)輸機(jī)電流的關(guān)系

Q=k2(X-ΔX)*(H-ΔH)*V1平*3T*ρ)

也可以根據(jù)下述公式得到在一個時間段3T 內(nèi)，采煤機(jī)的采煤量Q：

Q=k2((X-ΔX)*(H-ΔH)*V1平*3T*ρ-Q2))

其中k2是設(shè)定的其他影響因子造成的煤量損失值，x是采煤機(jī)割深，△x是設(shè)定的液壓柱推進(jìn)造成的誤差值，h是采煤機(jī)割高，△h是設(shè)定的采煤機(jī)刀頭上下波動造成的誤差值，ρ是設(shè)定的煤層的密度值，V1平是采煤機(jī)平均速度、采煤機(jī)電流變化造成的煤量誤差，Q2是根據(jù)公式Q2==k1得到，k1是采煤量的影響因子，△I是采煤機(jī)電流的變化量。

最優(yōu)的，所述計算模塊將計算得到一個時間段實時的煤量代入以下公式得到實時的煤層高度h：

其中ρ 是設(shè)定的煤層的密度值，V2是刮板機(jī)速度，d是設(shè)定的刮板機(jī)的寬度值。

4 刮板機(jī)煤層分布計算及煤層高度控制

采煤機(jī)參數(shù)采集模塊實時采集采煤機(jī)的運(yùn)動狀態(tài)，并產(chǎn)生采煤機(jī)實時運(yùn)動信息，將采煤機(jī)實時運(yùn)動信息傳送給計算模塊，刮板機(jī)參數(shù)采集模塊實時采集刮板機(jī)的運(yùn)動狀態(tài)，并產(chǎn)生刮板機(jī)實時運(yùn)動信息，將刮板機(jī)實時運(yùn)動信息傳送給計算模塊，計算模塊計算得到一個時間段實時的煤量，得到該時間段刮板機(jī)上實時的煤層高度，并產(chǎn)生實時的煤層高度信號，將實時的煤層高度信號傳送給比較模塊；比較模塊根據(jù)每個采樣周期內(nèi)刮板機(jī)上實時的煤層高度與設(shè)定煤層高度進(jìn)行比較，刮板機(jī)速度控制模塊響應(yīng)比較模塊發(fā)出的信號后改變刮板機(jī)的運(yùn)行速度，達(dá)到控制刮板機(jī)煤層高度，保持刮板輸送機(jī)上煤均勻分布的目的。其控制流程如下：

圖2

5 結(jié)論及存在的問題

該控制方法和控制策略作為刮板機(jī)煤量的控制，能夠大幅提高刮板機(jī)的煤量和功率的效能最大化。在后期的應(yīng)用過程中由于各個煤礦工況條件千差萬別，實際使用過中需要先期進(jìn)行人為修正模型，隨著系統(tǒng)自學(xué)習(xí)和自判斷的完善和大數(shù)據(jù)的積累，該計算方法和控制方法必將會發(fā)揮更好的效果。