采煤機健康關鍵技術的分析

平 剛

（西山煤電股份公司礦業管理有限公司， 山西 太原 030053）

引言

采煤機一般由電氣系統、牽引部、截割部、控制部以及部分輔助裝置聯合構成，電氣系統提供工作動力，牽引部負責牽引截割設備工作，截割部負責對整塊煤進行切割，控制部負責下達各項命令。現代煤礦生產普遍采用綜采設備，也就是綜合機械化采煤設備，該種設備效率較高，也是本文分析的重點。

綜采設備的牽引部位和刮板部位聯合工作可以實現設備往復運動，這是設備持續工作的基本方式，設備的左右截割部可以根據煤層的起伏調節工作高度。現代技術下，前后截割部可以分別完成頂煤和底煤的截割，截割同時，刮板的輸送裝置將煤輸送至傳輸帶處，完成傳輸，并進入下一個工作循環[1]。

1 人工免疫技術

由于采煤機構件較多、結構復雜，靠傳統方式進行健康檢查耗工耗時，因此需要建立科學的體系作為檢查的必要支持，也就是人工免疫系統。人工免疫系統的建立有兩個主要內容，一是確定健康指標，二是確定系統各模塊[2]。

1.1 健康指標

健康指標是指采煤機各部分的健康標準數值，該指標的確定工作也是分步進行的，首先要將采煤機的各關鍵構件進行分類，通過采集樣本數據的方式了解其基本狀態，之后確定健康范圍數值。

比如牽引部和截割部的健康指標，現有研究通常將牽引速度作為采煤機運行狀態的基本依據，將截割部電流作為判斷采煤機狀態是否存在異常的基本依據，在牽引速度相關指標的確定工作中，首先參考設備的額定最大、最小牽引速度，之后對設備工作的信息進行采集，比如牽引最大速度為5，最小速度為1，在實際工作中，為了延長設備的工作壽命，通常不能使設備進入極限工作狀態，即是說，設備的最大牽引速度往往會小于5，最小牽引速度也往往會大于1。對設備不同階段的不同負載狀況進行記錄，搜集相關數據，并以最佳健康狀況為線性約束條件，判斷最佳健康狀況下設備的牽引速度，并作為標準，取數值上下的20%～30%作為閾值，設定為健康范圍數值。

截割部電流的確定工作與牽引速度的確定方式類似，都要建立在收據收集的基礎上，了解采煤機最佳健康狀況下的工作電流，取數值上下的25%～35%作為閾值，設定為健康范圍數值。

1.2 系統各模塊

人工免疫系統可以看作是對自然免疫系統的一種仿制。以人體為例，當病菌侵入人體后，免疫系統首先會判斷其危害，當確定其屬于有害物質后，免疫系統會派出白細胞并嘗試將其殺死，這是人體免疫的基本原理。人工免疫采取同樣的結構設計，先確定不同的健康威脅類型、最佳健康狀況、不同威脅的處理方式，再將其以模式化的方式代入到采煤機的控制系統中。

按上文所述，人工免疫系統可以被細分為檢查模塊、識別模塊、命令模塊、處理模塊、記錄模塊等五個主要部分。工作中，其基本流程是由檢查模塊對采煤機的工作狀況進行全面檢查，了解其運行狀況，在最佳健康狀況指標的要求下，如果發現異常，由識別模塊對其進行識別，假定異常為牽引部轉速過高，命令模塊會下達命令要求調整轉速，處理模塊負責執行，將轉速降至健康指標要求的范圍內，之后由記錄模塊對異常情況進行記錄，方便人員通過記錄了解異常發生的原因，探究解決方法。當設備處于非工作狀態時，人工免疫系統會以2～4 h為一個周期，進行預防性檢查，了解設備基本狀況，并對可能出現的危險進行處理，預防性檢查主要是針對機電設備進水、漏油等常規故障。

人工免疫法更多的是通過人工進行數據收集和系統設定工作，之后將其應用于采煤機中，這一系統在采煤機健康方面的相關工作中，其應用優勢具有高度的智能化能力，而且能夠在健康問題出現的一瞬間進行緊急處理和記錄，方便于后續的優化工作。

2 動態檢測技術

動態檢測技術是建立在人工免疫法上的一種衍生技術，其核心是根據采煤機的種種動態變化提出優化建議，促進健康方面工作的進一步發展。在當前技術條件下，其主要應用于兩個方面，一是工作環境不變的情況下，基于技術進步的自適應調整；二是工作環境變化的情況下，基于工作變化的自適應調整[3]。

2.1 技術進步方面的自適應調整

動態檢測技術的理念是及時了解動態變化，在這一理念的指導下，智能化優勢也有了更大的應用空間。以現代采煤工業的發展來看，技術進步是一大趨勢，早年的采煤作業效率低，割煤機的出現使工作效率大為提高，綜采設備則使采煤效率再一次獲得提升，因此，未來的相關技術仍會持續進步。

在工作環境不變的情況下，利用動態檢測技術對工作過程進行實時監測，了解工作效率和健康狀況之間的動態變化。以牽引部轉速為例，假定由于技術的進步，牽引部的轉速提高為現有轉速的150%，轉速提升后，單位時間內割煤效率提升為原效率的140%，但機械磨損率、故障率上升為原轉速模式下的190%，能源消耗為原消耗的160%，修理故障消耗的時間、投入的人力物力也大幅增加，那么效率的提升就失去了意義。根據動態檢測的結果，當轉速提升為120%時，磨損率、故障率上升幅度小、能源消耗增長小，效率提升較為顯著，在之后的工作中，即可以將轉速保持為120%，既提升了效率，也有效地保證了采煤機的健康。

2.2 工作環境變化的自適應調整

由于技術的重大革新往往不會頻繁出現，健康技術的優化還可以根據工作環境的變化來進行。比如為了降低粉塵率利用的濕式采煤法，工作環境的變化會對設備健康產生影響，優化工作也有了進行的空間。

濕式采煤法在現代井下采煤中得到了一定程度的應用，該方式可以有效降低粉塵率，使工作環境得到保證。但在進行割煤作業時，水帶來的摩擦力、阻力以及其對截割設備的影響是不容忽視的，這種開采小環境的變化給采煤機健康造成的影響可以通過動態檢測加以了解。比如在牽引部轉速不變的情況下，干式采煤法的故障率為0.02，濕式采煤法的故障率為0.03，調查結果顯示故障的變化是水阻力造成的，但水阻力對故障發生率的影響系數一時難以確定，因此以動態檢測為主進行一段時間的觀察，了解到采用濕式采煤法，如果牽引部轉速為原轉速的97%、截割部電流為原電流的95%，可以有效降低粉塵率、保持開采效率，并將故障率維持在較低的水平，在后續工作中即可以據此進行優化調整。

在現有技術水平下，將動態檢測技術和人工免疫技術聯合使用，能夠使采煤機健康保持在相對較高的水平上。

3 結語

通過對采煤機工作過程、健康關鍵技術進行分析，了解了相關基本內容。目前，應用人工免疫技術和動態檢測技術，能夠較好地維持采煤機的健康，也便于根據各類情況對采煤機健康工作進行必要的優化。在后續工作中，應用上述理論，有利于了解和利用采煤機健康關鍵技術，使相關工作更好地進行。

參考文獻

[1]丁志勇.新型高效電牽引采煤機嵌入式健康狀態監測與故障診斷系統研發[J].煤礦機械，2012（10）：275-277.

[2]周遠航，姚新港.基于BP神經網絡的采煤機健康管理系統[J].制造業自動化，2014（6）：31-34.

[3]沈利華，孫建勇，成鈺龍，等.基于LabVIEW與小波變換的采煤機健康度監測和故障診斷系統設計[J].煤礦機械，2013（12）：242-244.