采煤机健康关键技术的分析

2018-02-18平刚

机械管理开发 2018年4期

平刚

（西山煤电股份公司矿业管理有限公司，山西太原 030053）

引言

采煤机一般由电气系统、牵引部、截割部、控制部以及部分辅助装置联合构成，电气系统提供工作动力，牵引部负责牵引截割设备工作，截割部负责对整块煤进行切割，控制部负责下达各项命令。现代煤矿生产普遍采用综采设备，也就是综合机械化采煤设备，该种设备效率较高，也是本文分析的重点。

综采设备的牵引部位和刮板部位联合工作可以实现设备往复运动，这是设备持续工作的基本方式，设备的左右截割部可以根据煤层的起伏调节工作高度。现代技术下，前后截割部可以分别完成顶煤和底煤的截割，截割同时，刮板的输送装置将煤输送至传输带处，完成传输，并进入下一个工作循环[1]。

1 人工免疫技术

由于采煤机构件较多、结构复杂，靠传统方式进行健康检查耗工耗时，因此需要建立科学的体系作为检查的必要支持，也就是人工免疫系统。人工免疫系统的建立有两个主要内容，一是确定健康指标，二是确定系统各模块[2]。

1.1 健康指标

健康指标是指采煤机各部分的健康标准数值，该指标的确定工作也是分步进行的，首先要将采煤机的各关键构件进行分类，通过采集样本数据的方式了解其基本状态，之后确定健康范围数值。

比如牵引部和截割部的健康指标，现有研究通常将牵引速度作为采煤机运行状态的基本依据，将截割部电流作为判断采煤机状态是否存在异常的基本依据，在牵引速度相关指标的确定工作中，首先参考设备的额定最大、最小牵引速度，之后对设备工作的信息进行采集，比如牵引最大速度为5，最小速度为1，在实际工作中，为了延长设备的工作寿命，通常不能使设备进入极限工作状态，即是说，设备的最大牵引速度往往会小于5，最小牵引速度也往往会大于1。对设备不同阶段的不同负载状况进行记录，搜集相关数据，并以最佳健康状况为线性约束条件，判断最佳健康状况下设备的牵引速度，并作为标准，取数值上下的20%～30%作为阈值，设定为健康范围数值。

截割部电流的确定工作与牵引速度的确定方式类似，都要建立在收据收集的基础上，了解采煤机最佳健康状况下的工作电流，取数值上下的25%～35%作为阈值，设定为健康范围数值。

1.2 系统各模块

人工免疫系统可以看作是对自然免疫系统的一种仿制。以人体为例，当病菌侵入人体后，免疫系统首先会判断其危害，当确定其属于有害物质后，免疫系统会派出白细胞并尝试将其杀死，这是人体免疫的基本原理。人工免疫采取同样的结构设计，先确定不同的健康威胁类型、最佳健康状况、不同威胁的处理方式，再将其以模式化的方式代入到采煤机的控制系统中。

按上文所述，人工免疫系统可以被细分为检查模块、识别模块、命令模块、处理模块、记录模块等五个主要部分。工作中，其基本流程是由检查模块对采煤机的工作状况进行全面检查，了解其运行状况，在最佳健康状况指标的要求下，如果发现异常，由识别模块对其进行识别，假定异常为牵引部转速过高，命令模块会下达命令要求调整转速，处理模块负责执行，将转速降至健康指标要求的范围内，之后由记录模块对异常情况进行记录，方便人员通过记录了解异常发生的原因，探究解决方法。当设备处于非工作状态时，人工免疫系统会以2～4 h为一个周期，进行预防性检查，了解设备基本状况，并对可能出现的危险进行处理，预防性检查主要是针对机电设备进水、漏油等常规故障。

人工免疫法更多的是通过人工进行数据收集和系统设定工作，之后将其应用于采煤机中，这一系统在采煤机健康方面的相关工作中，其应用优势具有高度的智能化能力，而且能够在健康问题出现的一瞬间进行紧急处理和记录，方便于后续的优化工作。

2 动态检测技术

动态检测技术是建立在人工免疫法上的一种衍生技术，其核心是根据采煤机的种种动态变化提出优化建议，促进健康方面工作的进一步发展。在当前技术条件下，其主要应用于两个方面，一是工作环境不变的情况下，基于技术进步的自适应调整；二是工作环境变化的情况下，基于工作变化的自适应调整[3]。

2.1 技术进步方面的自适应调整

动态检测技术的理念是及时了解动态变化，在这一理念的指导下，智能化优势也有了更大的应用空间。以现代采煤工业的发展来看，技术进步是一大趋势，早年的采煤作业效率低，割煤机的出现使工作效率大为提高，综采设备则使采煤效率再一次获得提升，因此，未来的相关技术仍会持续进步。

在工作环境不变的情况下，利用动态检测技术对工作过程进行实时监测，了解工作效率和健康状况之间的动态变化。以牵引部转速为例，假定由于技术的进步，牵引部的转速提高为现有转速的150%，转速提升后，单位时间内割煤效率提升为原效率的140%，但机械磨损率、故障率上升为原转速模式下的190%，能源消耗为原消耗的160%，修理故障消耗的时间、投入的人力物力也大幅增加，那么效率的提升就失去了意义。根据动态检测的结果，当转速提升为120%时，磨损率、故障率上升幅度小、能源消耗增长小，效率提升较为显著，在之后的工作中，即可以将转速保持为120%，既提升了效率，也有效地保证了采煤机的健康。

2.2 工作环境变化的自适应调整

由于技术的重大革新往往不会频繁出现，健康技术的优化还可以根据工作环境的变化来进行。比如为了降低粉尘率利用的湿式采煤法，工作环境的变化会对设备健康产生影响，优化工作也有了进行的空间。

湿式采煤法在现代井下采煤中得到了一定程度的应用，该方式可以有效降低粉尘率，使工作环境得到保证。但在进行割煤作业时，水带来的摩擦力、阻力以及其对截割设备的影响是不容忽视的，这种开采小环境的变化给采煤机健康造成的影响可以通过动态检测加以了解。比如在牵引部转速不变的情况下，干式采煤法的故障率为0.02，湿式采煤法的故障率为0.03，调查结果显示故障的变化是水阻力造成的，但水阻力对故障发生率的影响系数一时难以确定，因此以动态检测为主进行一段时间的观察，了解到采用湿式采煤法，如果牵引部转速为原转速的97%、截割部电流为原电流的95%，可以有效降低粉尘率、保持开采效率，并将故障率维持在较低的水平，在后续工作中即可以据此进行优化调整。

在现有技术水平下，将动态检测技术和人工免疫技术联合使用，能够使采煤机健康保持在相对较高的水平上。