智能化采煤工作面采煤机自动监控系统研究

2022-07-14谢志远

机械管理开发 2022年6期

谢志远

（汾西矿业柳湾煤矿，山西孝义 032300）

引言

随着矿井煤炭开采工艺、装备等的提升，采煤工作面已逐渐向自动化、智能化发展，同时部分矿井已实现智能化开采[1-3]。受到煤矿井下环境恶劣、开采煤层赋存条件复采以及煤炭开采工艺等限制，智能采煤工作面采煤机自动截割工艺应用效果不尽人意，现场应用过程中需要人工频繁干预，采煤机在生产期间容易出现故障，不仅影响采煤自动化程度而且影响煤炭正常生产[4-6]。为此，文中针对智能采煤工作面现状，提出一种采煤机运行自动监控系统，该系统可实现采煤机割煤期间参数的自动监测、调控，可提高采煤机自动截割控制能力而且大幅降低采煤机故障发生率。

1 采煤机截割操作及记忆截割策略分析

1.1 采煤机记忆截割操作方式

现阶段矿井智能化采煤工作面采煤机记忆截割无法实现采煤机自动化运行控制，在现场生产过程中操作人员需频繁干预采煤机割煤过程。为此，文中提出的采煤机自动监控系统是采煤机机载传感器、液压支架上红外传感器实现采煤机工作状态以及位置等监控，并通过惯性导航系统实现采煤机运行路径定位。将采煤机记忆截割控制分人工操作示范阶段、采煤机记忆截割控制阶段两个阶段。在人工操作示范阶段（采煤机学习阶段），即采煤机在初期割煤时，现场操作人员控制采煤机运行，并通过电控系统对人工操控期间采煤机运行参数进行存储；采煤机记忆截割控制阶段是基于人工操作示范阶段采煤机生产参数自动调整采煤机运行姿态，从而实现采煤机自动截割控制。

1.2 采煤机操控数据采集

在采煤机正常工作过程中，监控系统对采煤机各关键部位运行参数进行存储、分析，并将监测获取到的参数作为后续采煤机自动化操控依据，从而提升采煤机自适应调整以及自动化操控依据。采煤机生产过程中对每个作业循环过程中，对采煤机自适应参数调整、自动依据跟踪，常规点数据按照采煤机运行等距离定点进行，具体表达式为：

数据采集点数可通过下述公式确定：

式中：xi，j为采煤机在第j 次记忆截割时第i 个数据采集点定位距离，m；Si，j为采煤机在第j 次记忆截割时第i 个数据采集点采集信息；△X 为数据采集点间距，m；Lj表示切眼长变化，m。

在切眼长度变化给定范围内，煤层顶底板起伏变化长度最小值为Lmin，则数据采集点间距△X＜Lmin/2。

1.3 采煤机记忆截割策略

采煤机自动监控系统对采煤机自动截割参数进行采集，由于采煤机在正常生产过程中会产生巨量运行参数，监控系统无法实现全部监测数据存储，为避免重要监测数据丢失进而影响采煤机记忆截割，需要制定针对性记忆截割方案，并对采集到的监测数据进行优化分类，提高了监测系统数据存储空间利用率。

2 采煤机自动监控系统结构

2.1 监控系统整体结构

煤矿井下环境恶劣，采煤机记忆截割、自动化控制仍需要不断改进。文中设定的采煤机自动化监控系统结构见下页图1 所示，结构有传感器、S7-300PLC、WinCC 模块等，传感器对采煤机运行参数进行监测并将监测参数实时传输给PLC，实现采煤机记忆截割期间运行实时监测。在采煤机记忆截割期间，若某项监测参数存在异常时，自动监控系统会发出报警信号，从而避免故障扩大化。在自动监测期间对采煤机所处位置、摆动角度、仰俯角、摇臂倾角等参数进行实时监测、存储，并为后续采煤机在三角区割煤以及记忆截割提供参考，以便提高采煤机智能化控制水平。