本文摘要：摘要：為解決采煤機(jī)截割煤巖過(guò)程中智能化問題，采煤機(jī)自動(dòng)化控制采煤運(yùn)用了自適應(yīng)記憶截割路線、自動(dòng)調(diào)高、自適應(yīng)牽引、自動(dòng)糾偏技術(shù)，在互聯(lián)網(wǎng)通信、互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控技術(shù)支撐下良好地實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)自動(dòng)化采煤。該研究為實(shí)現(xiàn)綜采工作面無(wú)人值守提供了一定的技術(shù)和
摘要：為解決采煤機(jī)截割煤巖過(guò)程中智能化問題，采煤機(jī)自動(dòng)化控制采煤運(yùn)用了自適應(yīng)記憶截割路線、自動(dòng)調(diào)高、自適應(yīng)牽引、自動(dòng)糾偏技術(shù)，在互聯(lián)網(wǎng)通信、互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控技術(shù)支撐下良好地實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)自動(dòng)化采煤。該研究為實(shí)現(xiàn)綜采工作面無(wú)人值守提供了一定的技術(shù)和理論支持，具有較高的經(jīng)濟(jì)技術(shù)價(jià)值。
關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng),自動(dòng)化,采煤機(jī),監(jiān)控
0引言
采煤機(jī)屬于采煤工作的核心設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)綜采工作智能化的關(guān)鍵設(shè)備。采煤機(jī)可以根據(jù)煤層的條件、所處的位置，以及其自身的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而建立高效、穩(wěn)定的工作狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)對(duì)狀態(tài)的感知，并且充分利用智能控制技術(shù)，這也是整個(gè)采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)智能化的重要內(nèi)容。
采煤機(jī)智能控制技術(shù)主要有姿態(tài)控制、速度控制、截割控制等[1]。在現(xiàn)在的煤礦行業(yè)，相關(guān)的智能化技術(shù)如動(dòng)態(tài)定位、自動(dòng)調(diào)高、煤巖識(shí)別等技術(shù)都不夠成熟，基于當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)需要對(duì)采煤機(jī)智能自動(dòng)化割煤進(jìn)行深入研究。
1采煤機(jī)智能化自動(dòng)控制
1.1智能記憶截割
智能記憶截割技術(shù)，也被稱為自適應(yīng)記憶截割技術(shù)。其控制流程主要有3個(gè)階段，分別是對(duì)記憶路徑和相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、調(diào)高滾筒的高度、進(jìn)行人工修正等。其中在第一個(gè)階段中，可以采集截割系數(shù)，并且進(jìn)行數(shù)據(jù)記憶，并進(jìn)一步進(jìn)行處理。
當(dāng)采煤機(jī)記性記憶截割時(shí)，先是由工人對(duì)其工作面截割，此時(shí)采煤機(jī)會(huì)對(duì)行走路線進(jìn)行記憶，確定各個(gè)關(guān)鍵位置具有的參數(shù)。然后，采煤機(jī)就可以按照記憶來(lái)對(duì)煤巖進(jìn)行切割。在首次人工示范中，采煤機(jī)對(duì)將記憶位置進(jìn)行分類，分別是關(guān)鍵點(diǎn)、常規(guī)點(diǎn)。可以設(shè)置每間隔1m，采煤機(jī)將對(duì)傳感器的參數(shù)進(jìn)行采樣，并且對(duì)這些信息進(jìn)行記錄，這類位置往往被認(rèn)為是常規(guī)點(diǎn)。
但是，在記憶采煤機(jī)工作時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，這部分?jǐn)?shù)據(jù)的有效性較低，無(wú)需完全記錄。所以在采集收據(jù)時(shí)，往往會(huì)規(guī)定采集的間距，在這部分的采集區(qū)域也被稱之為關(guān)鍵的采集點(diǎn)，關(guān)鍵點(diǎn)也就是采煤機(jī)在工作中截割煤體和巖體時(shí)，工作人員使?jié)L筒上升或者下降的位置。
1.2自動(dòng)控制調(diào)高
隨著煤層在地層中不斷起伏變化時(shí)，若采用機(jī)械式地去記憶煤層所在的位置，由于機(jī)械式記憶準(zhǔn)確度差，很容易使得采煤機(jī)截割機(jī)誤把頂板巖體、矸石或者斷層等當(dāng)作煤體，這樣對(duì)采煤機(jī)的截割機(jī)造成巨大的損傷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)帶來(lái)安全生產(chǎn)事件。
為了改善采煤機(jī)機(jī)械式記憶存在的不足，文獻(xiàn)[2]提出了把人工免疫模型的原理運(yùn)用到了采煤機(jī)截割滾筒自動(dòng)調(diào)高方面，這項(xiàng)技術(shù)是基于將人工免疫理論與采煤機(jī)截割部自適應(yīng)記憶截割相結(jié)合，不僅可以解決機(jī)械記憶的缺點(diǎn)，而且還可以實(shí)現(xiàn)截割滾筒隨著煤體起伏變化而作出相應(yīng)調(diào)高。
在采煤機(jī)工作時(shí)，如果煤層環(huán)境發(fā)生改變，則需要改變?cè)鹊挠洃浳恢�。否則會(huì)使?jié)L筒截割到煤巖的斷層或者夾矸。通過(guò)這種方式，可以造成采煤機(jī)受到破壞，甚至引發(fā)生產(chǎn)事故。為了避免這類問題的出現(xiàn)，文獻(xiàn)[3]針對(duì)滾筒技術(shù)徑向了優(yōu)化，在優(yōu)化設(shè)計(jì)中主要利用了人工免疫模型，研究者也將該模型應(yīng)用到記憶截割理論中，從而實(shí)現(xiàn)滾筒具有自適用調(diào)節(jié)的作用。
在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，也需要人工進(jìn)行操作，沿著工作面進(jìn)行截割，然后記錄采煤機(jī)在切割過(guò)程中的位置、行走的速度、電動(dòng)機(jī)的工作電流、搖臂的傾角等，同時(shí)還需要記錄同溫度相關(guān)的傳感器信息。通過(guò)試驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)利用人工免疫模型，可以提高記憶路徑的擬合度。一旦煤層的環(huán)境出現(xiàn)變化，滾筒將會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)工作高度。
1.3自動(dòng)控制牽引
在采煤機(jī)進(jìn)行工作時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行采煤機(jī)自適應(yīng)牽引控制，又特別是工作條件或者工作環(huán)境有所變化時(shí)，例如采煤機(jī)的截割受到的阻力變化、割煤狀態(tài)變化等。利用牽引速度的調(diào)節(jié)，可以提高其工作的穩(wěn)定性。同時(shí)可以根據(jù)工作環(huán)境，對(duì)采煤機(jī)的牽引速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過(guò)這種方式，可以保證滾筒的工作時(shí)間和空間，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高度的調(diào)節(jié)。提高切割的效果。目前，采煤機(jī)中的牽引電流和切割電流均為左/右兩種方式。同時(shí)可以調(diào)節(jié)機(jī)尾的電流等指標(biāo)，從而對(duì)速度進(jìn)行最優(yōu)化處理。
1.4自動(dòng)糾偏
參考地理信息系統(tǒng)(GIS)的方式方法，基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采煤機(jī)定位定姿也仿照此原理進(jìn)行[4]，對(duì)采煤機(jī)從4個(gè)階段分別提出了自動(dòng)糾偏控制技術(shù)。首先是建立數(shù)學(xué)模型，在局部地理坐標(biāo)系下把工作面斷層、褶皺等復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造抽象為數(shù)學(xué)描述，進(jìn)而模擬采煤機(jī)截割軌跡路線;接著，通過(guò)曲線獲得挖量和俯仰角計(jì)算，采用插值計(jì)算法在3次計(jì)算求平均下，得出褶皺頂?shù)装迕簬r界面曲線，循環(huán)坐標(biāo)變換參照煤體頂?shù)装迩�對(duì)采煤機(jī)截割煤體路線進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，從而計(jì)算出煤機(jī)每進(jìn)一刀截割量以及滾筒俯仰角度。
然后，在約束條件進(jìn)一步修正截割路線，輸入量將特殊的地質(zhì)構(gòu)造作為特征，不僅要表示出采煤的回采率，還要盡量減少截割巖量，充分考慮采煤機(jī)能力、相鄰兩刀間隔時(shí)間等約束條件下，進(jìn)一步合理規(guī)劃出最佳的截割軌跡;最后，基于插補(bǔ)算法和循環(huán)坐標(biāo)變換算法實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)在特殊、復(fù)雜的地質(zhì)條件下自動(dòng)化控制采煤機(jī)實(shí)行糾偏，最終達(dá)到準(zhǔn)確的定位定姿。
2采煤機(jī)應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
2.1工作面互聯(lián)網(wǎng)傳輸
為了實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸，通常會(huì)在采煤機(jī)上安裝一個(gè)無(wú)線交換機(jī)[5]。對(duì)于整個(gè)綜采工作面而言，需要安裝7個(gè)交換機(jī)。通這種方式，可以實(shí)現(xiàn)液壓支架和無(wú)線交換機(jī)之間的通信，從而提高數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，主要是借助無(wú)線交換機(jī)，通過(guò)該設(shè)備可以將采煤機(jī)的工作信息進(jìn)行交換。同時(shí)，在液壓支架上，將使用本安型的無(wú)線交換機(jī)，利用隔爆款的攝像機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的作用。在礦井的巷道中，會(huì)使用多臺(tái)無(wú)線交換機(jī)。利用該種方式可以實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦的監(jiān)控以及通訊。
2.2采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)
地面監(jiān)控中心基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)控采煤機(jī)運(yùn)行可視化，采煤機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控?fù)碛?個(gè)功能，分別為工作狀態(tài)、實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)、控制狀態(tài)及檢測(cè)的故障狀態(tài)[6-8]。采煤機(jī)工作狀態(tài)主要是為遠(yuǎn)程監(jiān)控者提供實(shí)時(shí)工作畫面，例如采煤機(jī)截割位置、搖臂工作情況、滾筒運(yùn)行狀態(tài)等等;實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)主要是指采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、液壓油溫度、水的溫度以及其他相應(yīng)情況;控制狀態(tài)可以顯示牽引機(jī)運(yùn)行控制、搖臂升降控制、截割煤巖體截割力度等等;故障檢測(cè)主要是指急停、報(bào)警、檢修控制情況。整個(gè)監(jiān)控可以實(shí)時(shí)觀看采煤機(jī)采煤過(guò)程、各個(gè)部件運(yùn)行狀態(tài)以及落煤狀態(tài)。
3結(jié)論
采煤機(jī)截割煤巖過(guò)程中對(duì)動(dòng)態(tài)定位、自動(dòng)調(diào)高、煤巖識(shí)別等智能化采煤還存在一些不足，針對(duì)此種情況，基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)采煤機(jī)自動(dòng)化采煤進(jìn)行了相應(yīng)研究。采煤機(jī)智能化自動(dòng)控制截割煤巖體主要為自適應(yīng)記憶截割路線、截割滾筒隨著煤體起伏變化而作出相應(yīng)調(diào)高控制、自適應(yīng)牽引控制、自動(dòng)糾偏控制4個(gè)方面。采煤機(jī)自動(dòng)化采煤主要應(yīng)用了互聯(lián)網(wǎng)通信、互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控技術(shù)。在共同作用下，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)良好的實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)自動(dòng)化采煤。為綜采工作面實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守提供了一定的技術(shù)支撐。
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相關(guān)刊物推薦：《煤炭學(xué)報(bào)》是中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)主辦的煤炭系統(tǒng)最高水平的綜合性學(xué)術(shù)刊物，現(xiàn)為雙月刊，112頁(yè)。主要刊載與煤炭科學(xué)技術(shù)相關(guān)的基礎(chǔ)理論和重大工程研究的理論成果，包括煤田地質(zhì)學(xué)、礦山巖體力學(xué)、采礦工程、煤礦安全、環(huán)境保護(hù)、煤礦機(jī)電一體化、煤的加工與利用、煤炭經(jīng)濟(jì)研究等領(lǐng)域的學(xué)術(shù)論文。30多年來(lái)，為傳播煤炭科學(xué)技術(shù)起到了重要的作用。
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