采煤機自動調高控制系統的設計及應用

許 晉

（西山煤電集團東曲煤礦機電科檢修隊， 山西 古交 030200）

0 引言

作為井下綜采工作面的關鍵性生產設備，采煤機設備性能的好壞也將直接影響到煤礦企業的生產效率，制約著煤礦井下的生產進度。考慮到井下生產作業空間的復雜性及局限性，現階段采煤機在運行生產過程中，還是需要借助相關技術人員依照煤層的實際分布情況，對采煤機截割滾筒的截割高度進行人工調整，然而這種調高方式的弊端就在于調整的效率低、調節精度差，而且經常會發生觸頂現象[1]，這無疑是在耽誤井下綜采作業效率的同時，又為整個生產過程帶來了安全隱患。所以，對傳統調高方式的改革創新十分有必要。為此，本文設計出了一種新型的采煤機自動調高控制系統。

1 自動調高控制系統結構

針對采煤機搖臂的調高控制工作，實際上主要是根據采煤機的截割供給速度、截割煤壁的水平高度以及截割軌跡來進行調整的，而這之中的采煤機截割供給速度與被截割煤層的硬度又有著一定的關聯[2]，為了滿足井下綜采工作面無人化生產作業的要求，本文設計了一種自動調高控制系統。如圖1 所示，是系統的主要結構。

圖1 自動調高控制系統結構示意圖

觀察圖中可以發現，隨著采煤機的截割過程的進行，所設計的自動高程控制系統將跟蹤采煤機的截割軌跡，將其自動轉化成采煤機截割作業時，各個控制位置的供給速度以及采煤機截割滾筒的水平高度坐標，以此來當作采煤機截割自動控制的理論根據，此外，借助系統中的A/D 轉換器可以對這些信息進一步放大處理，并將處理好后的信息傳輸至采煤機供給控制系統以及采煤機調高控制系統中，這也就實現了采煤機在截割過程中對供給速度以及滾筒截割高度的跟蹤控制。同時，考慮到整個控制過程的相對精確，要在采煤機的各個關鍵位置處布置好相應的傳感器，從而實現對相關設備在作業過程中的位置、姿態等信息的實時監測，并將所獲得的監測結果經由系統負反饋調節的方式輸入到反饋系統中，以此完成對采煤機整個截割過程的閉環調節效果。隨著控制工作的進行，處在截割機構的負載檢測系統會實時監測采煤機的負載變化情況，并以此為依據，來完成對煤巖層硬度的評判。針對不同硬度條件下的截割控制邏輯，來調整控制采煤機的滾筒截割高度以及供給速度。為了保障復雜作業環境中綜采作業的安全穩定性，智能調高系統還配有遠程監控功能，從而就達到了工作人員遠程控制井下作業的效果。如表1 所示，為自動調高控制系統所涉及的主要部件選型。

表1 自動調高控制系統主要部件選型

2 自動調高控制系統的煤巖硬度自動識別功能

在進行煤壁截割過程時，采煤機需執行的運動具體包含了采煤機搖臂截割運動、供給運動和采煤機截割滾筒截割運動[3]。為了保證采煤機在截割運動中，其內部截割驅動系統相對穩定，能夠通過截割負荷來調整截割速度，并提供靈活的速度等操作參數調整，用傳統截割控制系統來識別截割煤和巖石的硬度，其分布主要是對煤層圍巖和巖石硬度大小進行預先分析，并將所得結果傳輸到控制系統中，然而這種方式測得的截割關鍵參數是十分不精確的，會由于硬度大等原因致使采煤機在作業過程中發生截齒斷裂的現象，或者內部驅動系統磨損過度，影響設備的使用壽命等問題。

針對截割負載變化情況的實時監測也是本系統的一個重要功能，該系統采用的是對負載電流的實時監測，進而實現對截割負載進行評判。在截割作業過程中，隨著采煤機截割負載發生變化，其電流會相應的出現改變，因此，可以利用這一點，選用沙子、水泥以及石塊等材料制成硬度大小不等的試件，統計不同截割硬度條件下驅動電機的電流大小，從而獲得硬度電流對應關系的對照表，并將該信息傳輸至控制系統中，這樣一來只需經由電流傳感器來實時監測驅動電機的電流大小就可以對巖體的硬度狀態進行判斷，進而可以對采煤機截割滾筒的轉速以及供給速度做出針對性的選擇，可以滿足采煤機搖臂運行狀態調整的要求。如圖2 所示，為采煤機運行時的截割電流示意圖。

圖2 截割電機電流示意圖

上述設計的巖層硬度識別系統可以根據監測到的煤巖硬度的具體大小，實時匹配采煤機截割段的截割狀態，滿足不同地質條件下的截割穩定性要求，從而達到精確調節采煤機搖臂水平高度的效果。

3 自動調高控制系統的采煤機搖臂調高執行機構

采煤機高度調節控制系統的輸出控制信號將直接傳輸到高度調節執行機構。同時，高度調節執行機構的高度可根據液壓缸的膨脹量靈活調節，保證搖臂控制桿高度調節的靈活性和準確性。該智能調高控制系統的搖臂式升降機構中裝有電磁式比例安全閥，將此調節信號傳送至電磁比例安全閥，通過對比例安全閥的開度進行控制，以保證對執行缸的伸縮量大小進行準確的控制，從而保證對采煤機搖桿高度的調整。如圖3 所示，為搖臂調高執行機構的結構。

圖3 搖臂調高執行機構的結構

通過對采煤機調高控制系統的更新，可以準確監控截割負荷，并以此作為調整機構調整的基本信號，在操作時進行智能調整，經過實際測量可以發現，調整精度可達±10 mm，使采煤機的截割速度與進給速度相匹配，有效提高了截割工作的效率，保證了井下生產的安全、經濟性。

4 自動調高系統應用效果分析

本文所述采煤機截割斷面智能調高控制策略的核心是當煤層條件發生變化時，需要加入人為干擾因素作為對比，并使用最優調整參數進行下一次截割。因此，在實際生產中采用了所設計的滾筒自動調高控制策略，并對前五刀的采煤效果進行了測試，第一刀采用手工操作，比較的結果如表2 所示，在第二刀按照第一刀的切割參數進行加工時，由于煤層條件的變化，第三、四、五刀人工干預次數大幅減少，相應的時間也大大減少。因此，采煤機采用智能翻轉的記憶切割控制策略后，能更好地適應不同煤層的變化，縮短人為干擾造成的停機時間，大大提高采煤機的生產效率。

表2 試驗比較結果

5 結論

1）采煤機調高自動控制系統依靠的是負反饋的調節方式，將調高控制依據定為被截割煤巖的硬度，系統在運行時具有控制精度高、靈活性強等特點；

2）采煤機調高自動控制系統采用的是對負載電流的實時監測，進而實現對截割負載進行評判，實時監測驅動電機的電流大小就可以對巖體的硬度狀態進行判斷，反應靈敏；

3）本文設計的調高控制系統在操作時可實現智能化的調高，調整精度可達±10 mm，使得最佳截割轉速與進刀速度迅速匹配，提高采煤截割的工作效率。