自动化工作面采煤机自动截割

来源：职称阁分类：电子论文时间：2020-11-13 11:37热度：

　　本文针对目前综采工作面开采的难点———采煤机自动截割进行说明分析，这是自动化开采技术中对外界条件要求最高的一项技术。采煤机的自动截割是根据不同的控制模式，采用学习模式下回采示范刀的存储数据。在自动截割模式下根据学习的数据控制采煤机进行截割、牵引，摇臂随着工作面煤层变化进行自动调整，使采煤机滚筒达到合适的采高进行自动割煤。文中对自动截割产生的问题进行了论述。

自动化工作面采煤机自动截割

　　关键词:采煤机;自动截割;控制模式;姿态调整

　　综合自动化采煤是一个系统工程，工作面自动割煤是指能够实现采煤机自动截割，液压支架自动降移升推功能，无须现场人员操作介入，完成回采工艺的过程。其中的关键技术包括液压支架电液控制技术、刮板输送机直线推进技术、采煤机自动截割、设备运行监测与故障诊断技术、集中控制技术等方面。现有的自动化割煤工艺中，采煤机自动截割对外界环境因素的适应率低，故障多发，是自动化工作面的一个难点。本文根据采煤机记忆截割在现场的使用以及针对工作面工况而采用的单向自动割煤工艺进行说明［1］。

　　1工作面设备布置

　　①采煤机:采用天地科技股份有限公司的MG650/1750－WD型采煤机。②液压支架:采用中煤北京煤矿机械有限责任公司支架，机头布置3架ZYT10000/18/37/D型端头支架，机尾布置6架ZYP10000/15/32/D型排头支架，机头机尾各1架ZYG10000/15/32/D型过渡支架。工作面中部布置158架ZY10000/15/32/D型中部液压支架。③三机设备采用宁夏天地重型装备科技有限公司的配套设备。使用型号为SGZ1000/2×1000中双链型刮板输送机，卸载方式采用交叉侧卸式。使用型号为SZZ1200/2700型顺槽用刮板转载机，配套型号为PLM4000破碎机一台，DY1400型皮带自移机尾一套。

　　2采煤机控制模式

　　在综采自动化工作面中，采煤机的运行控制模式主要有三种，即手动模式、学习模式、自动截割模式，现场操作过程中三种工作模式可自由进行切换［2］。2.1手动模式指人工进行操作的方式，在该模式下，采煤机司机完全手动控制左、右摇臂采高，采煤机启停、牵引速度及方向。2.2学习模式通过各类传感器实现对采煤机运行信息的监测、收集，包括采煤机位置、姿态、滚筒位置、牵引方向、速度、电流等信息，并最终通过计算机进行运算、存储。自动截割系统软件自动采集、筛选并在系统存储器中保证运行数据及状态变量，该模式为自动截割做准备。2.3自动截割模式这是一个对学习模式运行状态下的数据进行重复再现的过程，同时在自动截割过程中通过机身装有双轴倾角传感器，收集采煤机在工作面走向和纵向倾角的变化，并通过计算机进行计算自动修正滚筒位置。该模式可以启动的前提条件:已经学习到完整的工艺数据，采煤机屏幕显示“进入自动操作允许区”。

　　3自动截割功能实现

　　自动截割是一种间接进行煤岩识别的方法，能通过记忆采煤的方式间接识别煤岩。主要原理是通过在学习模式下，由采煤机司机操作采煤机沿工作面煤层先回采一个循环。进入自动截割模式后，采煤机运行动作和指令再现学习模式存入的运行数据。3.1采煤机位置定位实现采煤机的跟机自动化，对采煤机的位置状态进行监测是一个非常重要的环节，位置信息是自动截割的一个核心信息，直接影响自动截割的准确性。自动截割技术中采用在采煤机机身上安装行走编码器，采用绝对值编码器对采煤机进行实时位置定位，用来测算检测采煤机的行走距离、位置、方向、速度、相对工作面采煤机的位置。3.2采煤机姿态定位采煤机姿态定位的关键在于摇臂的高度，通过电控箱内的双轴倾角仪，检测出采煤机俯仰角度和工作面走向倾角;通过两个调高油缸内安装的行程传感器测算摇臂采高，从而实现采煤机自动调高。3.2.1工作面俯仰角:通过双轴倾角仪，检测采煤机在工作面走向和纵向倾角，当角度发生变化时，及时调整补偿值，修正滚筒位置。3.2.2滚筒高度计算采高参数是自动截割中一个重要的数据，通过倾角传感器测量摇臂相对水平面倾角，或者利用油缸行程传感器，间接反映采煤机滚筒的高度和下切深度，通过调整补偿值得到合理的采高数据［3］。3.3人工干预人工干预后覆盖采高采样点:在自动截割过程中，需要人工去调整一些采高区间的数据，这时的实时采高采样点会覆盖以前的数据，形成新的采样点数据，这样更接近真实数据值。自动截割过程中可进行人工干预，包括本地干预与远程干预。干预后的数据将刷新采样点存储区，为以后的自动截割提供更为接近煤层变化的数据集合。3.4在线修改在采煤机自动运行过程中，采煤机司机人工调整采煤机的运行状态。需要在下一循环使用调整后的数据，可先按组合键打开在线学习后进行人工调整。改变后的煤机运行数据将被存储到相应的数据存储器，在下次的自动截割中经过该位置时，采用调整的数据。

　　4自动截割运行中关键因素浅析

　　通过在自动截割自动化综采工作面采煤机自动截割功能的应用，现对实际应用存在的一些关键因素及问题进行分析。4.1自动截割中采高的确定在实际的采煤过程中，采煤机采高的测量方法通过摇臂安装的旋转编码器来获得采高数据。通过轴编码器(即倾角编码器)测量摇臂升降的角度，再根据采煤机自身的尺寸计算得到。依据轴编码器的测量值计算得到的采高精度相对低，学习模式得到采高误差较大，但是轴编码器安装方便，易于拆卸。4.2采煤机位置的确定在采煤机学习模式下回采时得到的数据中，最重要的数据之一就是采煤机的位置，这个位置由本安型轴编码器(即行走编码器)测量，精度达到0.1m，但是还需要配合采煤机的两个参数———左端极限位置和右端极限位置使用，这样确保测量的结果更准确。在使用轴编码器时要对工作面的零点进行设置。在使用过程中也要对位置零点进行校准监测，防止发生零点漂移现象，导致在自动截割过程中出现事故。4.3采煤机的机载视频为了能够更直观地得到采煤机摇臂所处的相对位置，我们在采煤机左右摇臂上各安装一个摄像头来监控滚筒的位置情况。在实际使用中，采煤机机载视频效果并不理想，其主要原因有两个:一是采煤机机载摄像头容易被煤尘和小煤块覆盖，导致拍摄的图像特别模糊;二是采煤机机载视频采用无线发射基站传输信号，并将视频信号通过接收基站传输到工作面环网，再传送至控制中心，导致传输中数据大大延时。在工作面的实际应用中采用支架上安装的摄像云台观察采煤机的割煤状态，通过每隔6台支架安装一台摄像云台，摄像云台标记采煤机的位置并进行追踪。跟随采煤机的移动，摄像云台进行180度的旋转，从而获得清晰、完整的采煤机截割图［4］。4.4采煤机的牵引速度采煤机自动截割中，牵引速度的控制是一个比较关键的因素。当牵引速度过快时，会造成液压支架跟机不及时，滞后采煤机，导致顶板支护不到位、不及时等现象，并且对相关传感器也带来影响，造成滚筒的相对位置误差加大。采煤机的牵引速度主要取决于自动跟机移架的支架移动速度，在枣泉煤矿的自动截割中速度一般控制在5～6m/min。4.5自动截割示范刀的学习采煤机自动截割的优越性与示范刀的学习关系很大，一个成功的示范刀学习是保证自动截割应用的关键。首先要确定采煤机学习模式的起始位置与结束位置，一般以工作面的中部位置为最佳，其次是采煤机学习模式循环深度，在机头、机尾必须要进行清浮煤的工艺。在此工艺中要保证学习中每次采煤机更改牵引方向后，运行的距离要大于采煤机循环深度记忆的最小距离，保证每一个清浮煤的工艺能够记录准确。工作面设定位置时将中部槽位置设定为0点位置，机头的数值采用负值，机尾数值为正值。采煤机在记忆截割学习过程中采取在中部槽进行学习的模式，在采煤机上行割煤开始学习，循环深度中第一工艺段为0段，偶数工艺段均为采煤机向右上行的方向，奇数工艺段均为向左下行的工艺段。在进行示范刀学习时，必须确保能够完整地完成一整刀循环割煤工艺，而且在学习过程中要合理控制采煤机的速度与滚筒高度，中间不能有断点。在学习过程中，若采煤机速度控制不当，必然会给工作面自动化跟机带来影响。工作面设备自动化割煤时，采煤机速度过慢，导致液压支架跟机速度相应放慢，进而影响生产效率。相反地，采煤机速度过快时，要求液压支架跟机拉架时也应快速响应，这就要求泵站必须满足这种液压支架各个动作均能快速完成所需的条件。但是采煤机速度过快，致使参与跟机自动拉架的液压支架范围扩大，致使泵站超负荷运行，导致液压支架大范围滞后，影响工作面顶板的支护［5］。

　　5自动截割技术的展望

　　根据实际使用情况，采煤机自动截割技术需要在以下方面努力:5.1实现智能自动化识别跟机控制技术，根据综采工作面实际开采环境及工艺，通过智能传感器反馈及时修正跟机工艺，实时适应开采条件。为提高采煤机采高精度，需要提前测量煤层的厚度，根据煤炭的硬度、顶底板条件等参数提前计算出采煤机左右滚筒下一刀的采高轨迹，并传送给采煤机。5.2加强采煤机与液压支架之间的信息交流，目前的交流仅限于支架对采煤机位置的跟踪。通过支架红外接收器接收采煤机红外发射器发出的信号，利用控制器、信号转换器传递到电液控主控器中，运行程序支架根据采煤机位置进行相应的动作。但采煤机自动截割对于支架的动作以及动作架号并没有相应的数据采集及分析［6］。5.3伴随着工作面自动化割煤的不断使用，更精准的软件和智能算法的介入，加强信息数据的采集处理，从而给出更加合理、智能的指令，控制采煤机滚筒的挑顶与卧底量，达到控制滚筒调高最优化。

　　6结束语

　　实践证明，采煤机的自动截割功能在自动化综采工作面得到了广泛的应用，而且有更大的应用前景、空间。随着这一技术的推广使用，可以提高生产率，并且提高现场安全性。我们看到了这一技术的进步，但我们更看到自动化采煤面临的待解决的问题还有很多，需要我们不断地摸索与研究。随着采煤机自动截割技术的不断研究，采煤机自动截割技术将会更加成熟，采煤机自动截割效率将会大大提升，并将得到更广泛地应用。相信这一技术的突破发展能为推动煤炭机械自动化、智能化提供更大的助力。

　　参考文献:

　　［1］毛志冬．采煤机自动截割控制系统研究［J］．科技与创新，2015，46(22):125+127．

　　［2］杨永．采煤机自动截割设计［J］．煤炭技术，2009，28(12):15－16．

　　［3］徐刚．综采工作面配套技术研究［J］．煤炭学报，2010(11):156－159．

　　［4］刘东航．采煤机自动记忆截割控制系统的研究与设计［D］．西安科技大学，2018．

　　［5］潘健．采煤机端头自动截割关键技术研究［D］．中国矿业大学，2016．

　　［6］徐志鹏，王忠宾，米金鹏．采煤机自适应记忆切割［J］．重庆大学学报，2011，34(04):134－140．

　　作者：任予鑫杜昭康向南马昆

文章名称：自动化工作面采煤机自动截割

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