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智能化采煤系统架构及关键技术研究侯文柱

发表时间：2020/8/24 来源：《基层建设》2020年第10期作者：侯文柱王洪兴

[导读] 摘要：随着时代不断进步推动各个行业快速发展。

        山东东山王楼煤矿有限公司山东济宁 272063
        摘要：随着时代不断进步推动各个行业快速发展。本文首先对采煤机自动化及智能化控制系统进行介绍，其次分析了采煤机自动化及智能化控制系统的功能，在此此基础上对采煤机自动化及智能化控制的具体技术进行了研究
        关键词：智能化采煤；智能装备；系统架构；关键技术
        引言
        在煤矿资源的开采中，需要用到大量的设备，而采集机就是煤矿开采核心设备，随着时代的发展，传统的采煤机已经不能满足使用的要求，而自动化和智能化的控制技术就有效的实现了采煤机性能的提升，并逐渐得到了煤矿资源开采广泛使用，对煤矿开采行业的发展具有着重要的意义。
        1采煤机智能化技术
        在采煤机智能化技术领域中，我国一直是紧随国际先进水平的，甚至在某些领域是处于国际领先水平的。目前，我国已经完全掌握井下年采千万吨煤炭技术，可以说我国的采煤机智能化技术紧随时代潮流，发展速度十分惊人。2011年，我国更是掌握了采煤机智能化的关键性技术，主要包括：第一，采煤机截割滚筒记忆功能，可以自行识别截割路径；第二，机载无线收发信号功能，此功能可以实现信息的远程传递与操控，可以对设备的运行进行监控；第三，参数的在线感知技术，可以进行设备参数例如机器运行参数以及故障参数等的自行调控，如果出现异常情况还可以对设备进行故障诊断及报警。该项技术隶属于我国“863”重点项目“煤矿井下采掘装备远程遥控关键技术”。
        2智能化采煤系统架构和内涵
        根据以上对智能化采煤科学问题的分析，笔者提出了以“感知、决策、执行、运维”为四个维度的智能化采煤系统基本架构。（1）感知：通过感知地质条件、开采环境、装备工况，改变传统综合机械化开采以及当前基于可视化远程干预的开采模式中依靠人工进行“看”来感知工作面的形式。（2）决策：通过数据汇聚并引入到由装备行为“准则”、“依据”为支撑的开采决策控制模型中，基于大数据分析、人工智能等技术应用，形成决策思想来替代原有依靠人工进行“想”的环节。（3）执行：重点强调的是依靠以成套装备为基础的自动化、智能化执行来实现“动”的需求。（4）运维：最后在大数据分析与历史数据挖掘的支撑下实现对开采装备、控制系统的有效维护，达到“稳”的目标。包含以上四个环节的基本架构解决了传统综合机械化开采以及当前基于可视化远程干预的开采模式中遇到的“看、想、控、稳”的实际问题，并转化为“感知、决策、执行、运维”技术保障，通过感知煤层赋存条件和围岩特性、开采环境状态以及装备工况，实现生产过程自主运行，降低人工直接操作，达到在提升煤炭开采工效的同时确保工作面可以连续、稳定、高效运行，成为自主感知、自主分析、自主决策，自主执行的生产系统。
        3采煤机自动化及智能化控制技术
        3.1设备间的协同和自动化的控制技术
        在对工作面的回采中，要求采煤机、输送机和液压的支架等紧密配合和协调，借助编码器的位置检测以及红外的发射器进行定位，就能够把采煤机的行走位置和速度信息等向支架电液的控制系统实时进行发送，从而达到对刮板的输送机自动跟机和推移；同时借助支架电控的输出移架以及推移刮板的输送机其速度和状态信息情况，还能够实现对采煤机实际行走速度以及位置的自动化控制；借助双频雷达的探测技术还能够达到对截割的滚筒以及支架的顶梁干涉与预警功能。

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想要实现工作面高效和自动化的运行，需要采煤机的行走和割煤的速度按照输送机的系统实际负荷状态自适应地进行调控；还要按照实时获取刮板的输送机和带式的输送机实际工作的负荷，同时根据满载、欠载、异常的过载和压死等状态所对应调节的模型，当运输系统在负荷低时，通过一定斜率对采煤机的行走速度进行提升；当负荷出现偏高状态时要进行速度的降低，若存在片帮等情况导致运输的系统出现压死，要立即对采煤机的牵引进行停止。
        3.2故障的预警技术
        在采煤机具体的操作中，易存在停滞等问题，为了避免这种情况的出现，就可以通过对故障预警的技术完善来进行解决。如果采煤机存在大功率截割以及牵引转动等，就会对采煤机运作产生影响，此时通过使用温度和震动情况识别的监控方式，就能够对采煤机运行的故障及时进行预警，实现对其运行故障的控制。在较为先进采煤机中，就能够对样本的数据以及信息等进行综合运用，进而对原有运行的状态实施改变，同时对系统的信息实施全面的判断和分析，从而达到对操作的数据信息提前实施预估，并把采煤机的运行信息向地面的监督计算机内进行传输，从而实现对系统的运行状态全面分析与控制。
        4采煤机智能化监控系统的识别技术
        4.1煤岩识别技术
        煤岩识别技术主要建立在煤岩识别理论上，同时煤岩界面上还有2个传感器数据，分别为：滚筒油缸压力、滚筒电动机电流。在工作中，采煤机会在截割电动机工作电流和滚筒油缸压力共同作用下出现轻微的波动现象，因为煤矿采掘工作面不同，所以中心数据也不同，这种情况下工作人员可以根据采掘工作实际情况来获取系统运行信息。一旦滚筒接触到岩石，油缸压力和截割电动机的工作电流会出现大范围波动的现象，且截割电动机工作电流的中心数据比平时要高。由于接触面不同，滚筒油缸后腔的压力变化以及前腔压力变化也不同，按照滚筒油缸压力变化来判断岩面与滚筒实际接触位置。当滚筒接触到工作面上方煤岩时，在阻力向下的作用下，滚筒会逐渐降低，而油缸压力增加，此时油缸前腔压力变小。当滚筒接触到工作面时，滚筒会受到岩面的拉力作用，从而导致滚筒拉伸力增加，最终导致滚筒油缸下方压力变小。
        4.2采煤机工作过程
        采煤机正常工作过程中，采煤机行走速度、滚筒转速、牵引电动机电流、截割电动机电流、滚筒油缸压力都处于稳定状态，此时，采煤机滚筒会沿着顶部岩石依次向滚筒下方和水平面方向截割煤。另外滚筒上方油缸压力会在一定高度前提下产生额外的压力，确保滚筒截齿在不切割顶板岩石同时贴着顶板煤岩截割。当智能化监控系统监测到滚筒电动机的负载电流增大，此时滚筒油缸压力也增大，滚筒逐渐地会接触到岩石。在确保滚筒转速不变，采煤机牵引速度不变的情况下，给油缸上腔适当供油，滚筒高度会逐渐降低，此时就可以得出，顶板岩石超过采掘工作面顶板倾角限制的结果。采煤机滚筒高度降低到一定程度之后，油缸压力逐渐恢复正常。采掘工作面和顶板截割角度都会在开采工作面顶板倾角标准限制范围内，同时采煤机仍以当前状态工作。当顶板岩石截割角度超过采掘工作面顶板倾角限制标准时，采煤机控制系统会发出工作异常信号，此时需要适当降低采煤机牵引速度以及滚筒转速，确保采煤机工作的安全运行。运用滚筒控制算法来计算采煤机滚筒的自主控制力，还要及时根据滚筒油缸实际压力、工作面顶板控制角度、电动机电流、采煤机速度、滚筒转速等信息来进行自主控制计算。沿工作面走向，使用滚筒控制算法并结合采掘工作面走向要求，快速实现采煤机自主控制的最终目标。
        结语
        综上所述，采煤机的自动化和智能化的技术对煤矿开采的水平实现了有效的提升，为了充分发挥此类技术的优势，还需要对其技术进行不断的探索和研究，这对推动煤矿行业现代化发展具有重要的意义。
        参考文献：
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        [2]宋颖雪，高贺.不规则综采工作面智能化技术与装备的应用探讨.内蒙古煤炭经济，2019（7）.
        [3]葛世荣.智能化采煤装备的关键技术.煤炭科学技术，2019（9）.
        [4]李首滨.智能化开采研究进展与发展趋势.煤炭科学技术，2019（10）.
        [5]郭俊兵.马兰矿采煤机自动化综采工艺关键技术研究.煤炭与化工，2019（4）.