摘要：在煤矿综采作业中，采煤机是最关键的设备。只有实现采煤机的智能化，才能实现综采作业智能化。智能化要求采煤机可以根据煤层条件和自身状态实现自动调整。在采煤机智能技术中，智能控制和状态感知是核心技术。当前，国内综采智能化主要是对采煤机的定位技术和记忆截割技术进行研究。目前国内虽然已经有部分带记忆截割功能的采煤机，但是由于技术不成熟，问题颇多，需要进一步研究。
关键词：煤矿采煤机；智能化；关键技术
1煤矿井下智能综采控制系统原理及结构
通过对采煤机井下综采作业时各机构之间联动配合关系的分析，结合煤矿井下实际情况及采煤机综采作业的控制要求。目前智能化综采控制系统主要包括机械、驱动、控制及修正四大部分。该控制系统在进行应用时先由专业技术人员对井下综采面煤层的分布和地质信息进行分析，根据井下实际情况设定一个合理的截割路径方案，以满足自动截割和综采的需求，确定方案后由控制人员手动控制截割机构进行人工控制下的截割作业，此时智能综采作业控制系统对人工控制下的采煤机的截割路径和位置坐标进行记录，用于后续自动截割控制。系统录入控制信息后根据预先设定的修正方案，对采煤机的路径信息进行修正，并通过对采煤机的截割滚筒和进给速度实现对采煤机综采作业的智能控制。在该智能控制系统中，不仅是靠记忆截割作业，而且更多的是通过对采煤机的截割速度和进给速度综合监控，在按照记忆截割路径进行截割作业的前提下，实现对进给速度和截割速度的优化，满足在各种工况下采煤机截割作业的高效性和经济性的要求，增强该智能综采控制系统对煤矿井下复杂环境的适应性。
2采煤机智能控制模型
2.1监控通信技术
煤炭开采工艺比较复杂，工作量较大，为相关人员的煤炭开采操作带来较大的困难。滚筒采煤机通信功能通过应用高压动力载波法能够让滚筒采煤机将相应的信息发送到集中控制台，提升工作的安全性，是采煤行业发展应用比较广泛的一种技术形式。内蒙古某矿综采队在煤炭开采中应用的就是滚筒采煤机，主要应用在煤层厚度在1.3～3.5米之间的中厚煤层，煤炭硬度普氏系数为2～3，属于中硬煤层。在实际的施工过程中，滚筒采煤机安装了相应的传感器、远程摄像设备等。对于采煤工作对信息技术的要求很高，因而在具体施工操作中要保证良好的通信功能。该队伍采煤过程中应用的是机载检测装置，并应用高宽带的光纤来传输信息。监控通信系统还应用了防爆计算机，结合IP协议能够及时掌握相应的信息，处理检测装置中的数据信息，并借助安装好的交换设备和通信管道将采煤机信息传送到相应的监控信息平台，再与网络连接的同时有效监控滚筒采煤机的实际运行状况。
2.2姿态控制
采煤机的姿态控制，一般是通过改变牵引速度实现，牵引调节能力以及调节余量对牵引速度有直接影响，也对采煤机的行程状态有决定作用，同时还受到液压支架移动速度的限制。可以采用单独的行程姿态逻辑传感器来解决以上问题，需要同时建立其值函数、状态空间、附加约束与附加特征，通过牵引变频控制和截割路径调节接口进行控制。
虽然可以通过采煤机行程姿态数学建模实现调节，但这需要在准确获取煤岩变化参数的基础上才能实现。这就要求对煤岩界面进行准确的感知和识别。记忆截割是基于记忆位置和速度的关系实现对采煤机牵引行程姿态的调节。
2.3牵引控制
采煤机的变频牵引控制系统通过现场总线技术连接到机载控制器；控制方式为主从形式，驱动主变频器转动，带动从变频器运转。对于变频牵引控制器来讲，主要有截割路径规划连续调节牵引和恒功率截割牵引2种工作方式。
变频器的运行控制主要是通过外部I/U端子在牵引变频单元的I/U控制模式下实现的。远程控制系统中，主变频器的控制通过PPOTypes消息模式由变频牵引控制单元实现，而变频器参数状态查询、状态转换以及参数设置和电动机转速控制则通过PPOTypes协议设定来实现。牵引电机的运行状态，通过牵引电动机温度和电流传感器进行识别。
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2.4截割滚筒调高控制
进行截割滚筒调节的时候，调节量和调节时间主要是由机身位置、截割路径曲线、截割电动机电流以及牵引速度来决定的。所以，进行截割滚筒调节的时候，必须对这些内容进行感知和识别。逻辑传感器中需要设置对电动机进行调高的调节高度积分、调节时间积分、摇臂倾角微分、油缸位移微分、截割电流及其模糊状态牵引速度及其模糊状态等附加约束以及附加特征，并设置相关的保护逻辑算法实现调节时间和高度报警，调节单元的逻辑状态通过设置调节高度的方向、位置、时间以及调节能力等相关值函数来表示。
3采煤机智能截割技术
3.1记忆截割路径规划
采煤机自动控制的关键，在于怎样保证截割滚筒高度随着煤层变化自动适应，也就是滚筒自动调高。只有对煤岩界面或者顶板煤层厚度进行准确识别，才能解决这一问题。目前世界上有20多种方法确定煤岩层，但是记忆截割技术是应用最为广泛的。
采煤机记忆截割控制流程有3个阶段。第一阶段：截割路径记忆及数据处理。主要是对截割路径的参数进行收集、记忆并作出处理。第二阶段：自适应调高。在截割过程中，已记忆工作路径为采煤机的自动行走和截割提供标准，遇到煤层地质变化时，记忆参数会与实际参数形成误差，采煤机截割滚筒可以基于人工理论实现自动调高。遇到煤层地质条件发生强烈变化、截割滚筒无法自动调高时，为了保证生产安全，可以通过远程控制的方式对采煤机截割运动进行操作，人工修正其运动轨迹，并对修正结果进行记忆。再遇到相同情况时，采煤机就可以根据记忆自动调高。
采煤机自动记忆截割时，第1次截割需要人工进行操作，采煤机会对行走路径和截割位置参数进行记忆。再接下来的截割过程中，采煤机就可以根据路径记忆和截割参数自动运行。在第1次人工操作的时候，将记忆点做常规和关键点区分。常规点为每间隔1m，采煤机传感器完成1次采样操作，并对相关信息进行记忆。但是由于采煤机的路径记忆需要存储大量的数据信息，完全没有必要对所有的常规点数据进行记忆。那么采煤机传感器的数据采集和记忆变为每隔一段距离操作一次，这就是关键记忆点。如果采煤机截割遇到岩石，操作人员需要通过人工操作来调节滚筒，这些点通常属于关键点。采煤机自动截割过程中，通过记忆常规点和关键点结合的方式，促使记忆精度的有效提高，这也为采煤机后续自动截割和调高提供了重要数据参考。
3.2故障预警技术
滚筒采煤机在具体操作的时候容易出现停滞的问题。为此，在实际应用操作中需要进一步完善故障预警技术。较大功率的截割和牵引转动操作会对整个采煤机的运作产生影响，而应用能够识别温度、震动情况的监控测量方式能够及时预警采煤机械的运行故障，在最大限度上防止运行故障问题的出现，减少意外的发生。现阶段，比较先进的滚筒采煤机能够通过对样本数据和信息综合应用来改变原有的运行状态，并对系统信息的应用进行全面的分析判断，实现对操作数据信息的提前预估分析，将滚筒采煤机工作运行时候的信息输送到地面监督的计算机系统中，对系统运行状态进行全面分析和判断。
3.3物联网技术
在采煤机上安装无线交换机，再在工作面上分别布置交换机，两者之间进行数据的传输，既可以保证传输的速度，又可以增加稳定性。物联网由现场的总网、无线网和工作的局域组成，覆盖了整个综采区的网络，为无人采煤机的工作提高了有利的工作环境。但是现阶段的物联网技术还不够成熟，很多技术仍停留在理论层面，还有待于加强与调高。
结论
综上所述，在煤矿无人化综采作业中，智能化采煤机是最为关键的设备。它是基于自动纠偏、自动定位、自动煤岩感知、自动截割调高以及自动故障诊断等多项高新科技而实现的无人化采煤技术。关注这一科技发展趋势，有利于煤矿井下开采智能化和自动化水平的不断提升。
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论文作者:赵金龙
论文发表刊物:《基层建设》2019年第22期
论文发表时间:2019/10/24
标签：采煤机论文; 滚筒论文; 记忆论文; 作业论文; 煤层论文; 路径论文; 调高论文; 《基层建设》2019年第22期论文;