綜采工作面采煤機割煤高度與牽引速度控制研究

郝 赟

（西山煤電西曲礦，山西 古交 030200）

引言

隨著礦井采掘設備綜合自動化、智能化程度的不斷提升，采煤機運行控制精度更高，采煤機割煤過程中若發(fā)現(xiàn)異常情況，通過調(diào)節(jié)采煤機牽引速度或者截割高度可確保采煤工作平穩(wěn)開展[1-3]。對采煤機割煤工作影響因素多樣，在實際生產(chǎn)過程中應根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)節(jié)采煤機割煤高度及牽引速度，若頻繁調(diào)整割煤高度則會影響煤炭采收率，導致采空區(qū)內(nèi)遺煤量增加；頻繁調(diào)整牽引速度，則導致采面煤炭產(chǎn)量出現(xiàn)明顯波動，在采面回采時在滿足生產(chǎn)前提下應盡量保證采煤機平穩(wěn)回采[4-5]。同時隨著采煤機截割控制技術及截割齒強度、硬度增加，當采煤機滾筒截割遇夾矸時（夾矸硬度及厚度較小），無須調(diào)整采煤機截割高度，僅需適當降低牽引速度即可，若頻繁地對截割高度及牽引速度進行調(diào)節(jié)，則會在一定程度上影響采煤機工作效率及穩(wěn)定性[6-9]。因此，為降低頻繁調(diào)整對采煤機運行的影響，本文基于BP網(wǎng)絡及RS理論對采煤機割煤高度及牽引速度進行協(xié)同控制。

1 協(xié)同控制系統(tǒng)構建

1.1 協(xié)同控制系統(tǒng)結構

構建的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)主要適用于智能化綜采工作面，在無人值守狀態(tài)下采煤機可依據(jù)截割煤層地質條件智能調(diào)節(jié)采煤機牽引速度及滾筒割煤高度。綜合使用BP網(wǎng)絡及RS理論分析采煤機運行狀態(tài)。當采煤機運行出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)會發(fā)出控制指令調(diào)整滾筒截割高度、牽引速度等，使采煤機始終處于平穩(wěn)運行狀態(tài)。具體構建的協(xié)筒控制系統(tǒng)結構如圖1所示。在協(xié)同控制過程中，控制指令會影響整個系統(tǒng)穩(wěn)定性及采煤機工作效率，為此通過控制指令優(yōu)先級方法來調(diào)節(jié)協(xié)同控制系統(tǒng)。

1.2 控制指令優(yōu)先級確定

圖1 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)結構框圖

當采煤機運行出現(xiàn)異常時，可向采煤機發(fā)出控制指令調(diào)整采煤機運行狀態(tài)，提高采煤機運行可靠性。為提高采煤機運行穩(wěn)定性并使得工作面頂?shù)装迤秸?，便于后續(xù)頂板管理，文中結合以往研究成果提出用FL-EKB庫（模糊邏輯-專家知識庫）來確定控制指令優(yōu)先級。在綜采工作面煤炭回采時采煤機控制指令包括搖臂恒定、搖臂上升及搖臂下降等。

采煤機運行狀態(tài)評價可通過分析截割電機、牽引電機狀態(tài)實現(xiàn)；具體電機運行異常表現(xiàn)包括電機電流異常、溫度異常及報警等。當采煤機運行出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)結合監(jiān)測參數(shù)特征及FL-EKB庫確定控制指令優(yōu)先級，從而確保采煤機始終處于安全、合理的工作狀態(tài)。具體確定的采煤機控制指令優(yōu)先級如下頁圖2所示。

1.3 控制流程

根據(jù)確定好的控制指令優(yōu)先級，確定割煤高度與牽引速度協(xié)同控制流程，控制流程主要調(diào)節(jié)采煤機牽引速度，并輔助調(diào)節(jié)截割滾筒高度。協(xié)調(diào)控制依靠分析采煤機工作狀態(tài)參數(shù)實現(xiàn)，當采煤機截割矸石或者頂板時往往引起電機電流出現(xiàn)顯著變化；通過推理模型系統(tǒng)實現(xiàn)采煤機牽引速度調(diào)整，若采煤機在較短時間內(nèi)即可恢復原有工作狀態(tài)，則無須調(diào)節(jié)割煤高度；若采煤機異常狀態(tài)長時間無法恢復，則需要調(diào)節(jié)采煤機滾筒高度。

圖2 控制指令優(yōu)先級

2 工業(yè)應用分析

分析系統(tǒng)協(xié)調(diào)性及穩(wěn)定性，在山西某礦3506綜采工作面進行試驗分析。對采煤機控制系統(tǒng)硬件進行補充，增加本安型無線交換機、機身及搖臂傾角傳感器、電流傳感器、位置傳感器等。具體系統(tǒng)方案如圖3所示。

圖3 截割高度與牽引速度協(xié)同系統(tǒng)方案

當采煤機按照預先規(guī)劃路徑進行回采時，采煤機右側截割電機輸入電流穩(wěn)定在46 A，牽引速度穩(wěn)定在4.5 m/min；當采煤機機身位置推進至102.6 m點位置時（如圖4中A點位置），截割電機電流由46 A快速增加至56 A，且采煤機搖臂也出現(xiàn)不同程度抖動，此時遠程控制平臺采煤機運行狀態(tài)評估模塊上顯示“右截割電流波動”，系統(tǒng)會自動發(fā)出控制指令并將采煤機牽引速度降低至3.2 m/min，系統(tǒng)調(diào)節(jié)右截割電流平穩(wěn)并恢復至正常值；當采煤機位置移動至107.6 m時（如圖4中B點位置），右截割電流明顯增大至75 A，此時遠程控制平臺采煤機運行狀態(tài)評估模塊上顯示“右截割電流波動”，依據(jù)預先設定的控制指令準則，向采煤機發(fā)出“右臂下降”控制指令，具體將右側割煤滾筒截割高度控制在3.8 m，采煤機牽引速度調(diào)整至3.0 m/min，此后右截割電機電流降低至50 A，采煤機平穩(wěn)運行。具體遠程控制平臺采煤機運行狀態(tài)評估模塊顯示界面如圖5所示。

圖4 采煤機割煤高度及電流監(jiān)測曲線

圖5 遠程控制平臺采煤機運行狀態(tài)評估模塊顯示界面

經(jīng)由現(xiàn)場工業(yè)試驗分析得出，綜采工作面采煤機可依據(jù)預先規(guī)劃路徑平穩(wěn)運行，并且可依據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測結果對采煤機異常原因進行判斷，并依據(jù)判定結果向采煤機發(fā)出控制指令，從而實現(xiàn)采煤機滾筒截割高度與牽引速度自動協(xié)調(diào)的目的。

3 結語

智能化是提高煤礦生產(chǎn)效率、減少井下作業(yè)人員數(shù)量，對提升煤礦安全高效生產(chǎn)的主要途徑之一。綜采工作面內(nèi)存在粉塵濃度高、作業(yè)環(huán)境惡劣、安全風險大等問題，無人化智能綜采工作面構建可實現(xiàn)采煤機遠程操控并依據(jù)預先設定系統(tǒng)實現(xiàn)采煤機自動截割。為進一步提高智能化綜采工作面生產(chǎn)效率，減低采煤機磨耗及故障發(fā)生率，對采煤機牽引速度、截割高度協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)展開研究，對系統(tǒng)結構與控制流程等進行分析，并通過綜合使用FL-EKB庫來確定控制指令優(yōu)先級。

在山西某礦現(xiàn)場工業(yè)試驗表明，本文所提截割高度、牽引速度協(xié)同控制系統(tǒng)可依據(jù)現(xiàn)場情況對采煤機截割高度、牽引速度等進行調(diào)節(jié)，自動提高采煤機可靠性。