采煤機自動調高系統研究及其應用

張曉全

(山西焦煤集團有限責任公司官地煤礦，山西 太原 030022)

0 引言

采煤機是礦業機械中極其重要的設備，它集液壓系統、電氣系統、機械系統等大型復雜的系統于一身[1]。當采煤機進行工作時，煤層厚度發生變化，采煤機的滾筒也應適時發生改變，這就要求采煤機擁有調高機構，而在一般采煤機中，這一機構都是采煤機液壓系統提供動力的。調高機構常常被稱作采煤機核心機構，它的性能不僅能夠影響采煤機的穩定性，還影響著礦井的生產效率。因此，采煤機自動化調高系統對于礦井生產和發展是十分必要的。文中討論了采煤機自動調高系統的優點，以及采煤機自動調高系統中液壓控制系統的特點；分析采煤機自動調高系統的組成及其原理；探討采煤機自動調高系統在實踐中的應用。

1 采煤機自動調高在煤礦生產中的作用

由于井下工作環境極其惡劣、復雜，并且采煤工作面噪聲大、粉塵多，僅僅依靠采煤機司機的眼睛和耳朵是很難準確、及時地判斷出采煤機的實際截割狀態和頂底板的位置[2]。若因采煤機滾筒的位置調整得過于保守而切割過少，則會導致煤層開采不充分，造成資源的浪費；若因滾筒高度調整不當而切割頂底板，則會加劇截齒的磨損，也會造成采煤機機械、液壓及電氣系統的零部件的損壞，進而影響整機的可靠性。對于高瓦斯礦井，切割頂底板巖石產生的火花，還極易引起瓦斯爆炸，造成煤礦事故。因此，為解決以上問題，十分有必要對采煤機自動調高技術進行研究。采煤機自動調高不僅可以減輕工人的勞動強度，加強工作面的安全保障，同時還能夠提高回采率，減低設備損耗和故障率，因此，對采煤機自動調高的研究意義重大。

2 系統的優點

2.1 采煤機自動調高系統的優點

保持輸出功率：采煤機在要求工作的時間內可以保持足夠的輸出功率，以此來滿足轉速和力矩的要求，使該系統在工作期間內保持動力充足[3]。

動態特性：采煤機具有較好的動態特性，當受到的載荷較大時，即在大慣性負載的情況下，采煤機具有良好的穩定性。

調負載能力：當采煤機遇到振動、過載、過高過低溫情況時，該系統的調負載剛度較大，調整能力較強，能夠迅速有效地阻止反操作情況。

使用壽命：該系統還具有壽命長、質量輕、穩定性強等優點，其成本低，使用和維護也較為方便，很利于操作。

2.2 液壓控制系統的優點

力矩大：質量輕、體積小，在很小慣性情況下可有較大的力矩。

散熱好：具有良好的散熱性，液壓控制系統中的液壓油不僅可以有效散熱，還可以對采煤機起到散熱作用[4]。

易控制：雖然礦井條件惡劣，空氣較為潮濕，工作中存在很多易燃易爆氣體，采煤機在調高過程中，機構工作中受到較大的負載影響，但根據液壓控制系統的特點，綜合調高可靠性和靈敏性等方面考慮，液壓控制系統可以較好地適用于采煤機滾筒調高控制方面，形成完善的采煤機自動調高系統。

3 采煤機自動調高系統

滾筒調高機構是采煤機的重要組成部分，它在采煤機進行工作時起著調整采煤機高度的作用，這樣可以使采煤機適應煤層厚度的變化，確保礦井進行穩定而又可靠的生產。而對于采煤機自動調高系統來說，它是利用液壓系統對采煤機調高機構進行預先的設置，然后當采煤機工作時，采煤機可以根據采場情況進行高度調節。

3.1 采煤機自動調高系統的組成

采煤機自動調高系統主要是由自適應調高機構和記憶路徑跟蹤機構構成，這2部分將調高液壓控制系統和PLC控制系統相連。

記憶路徑跟蹤是指找由人工操縱采煤機，對煤巖體率先完成進刀，在此期間，采煤機自動調高系統收集采煤機工作時的位置信息以及調高油缸位移傳感器的相關數據，然后將收集的數據存入記憶數據庫中。之后，采煤機的滾筒高度均根據記憶數據庫的相關數據，由PLC控制器，自動控制調高油缸活塞的位移以及控制信號驅動電液壓換向閥的動作，形成回路，實現采煤機的自動調高。

自適應調高是指在記憶路徑跟蹤的過程中，如煤層條件發生變化，采煤機 PLC控制器根據截割負載的異常狀態，通過控制信號驅動液壓控制系統自動將滾筒調節至適宜高度，并自動記憶調整過的工作參數，作為下一刀滾筒自動調高的工作參數。

3.2 采煤機自動調高系統的工作原理

在煤礦中，采煤工作面一般都采用雙滾筒采煤機，而采煤機是通過切割部調節，搖臂調節以及機身調節方式完成采煤機滾筒的調高。這3種調節方式都是利用油缸活塞的伸縮來完成調高這一任務，但它們的調節驅動方式和調節位置有所不同。當前，搖臂調節方式在世界范圍內應用的最為廣泛，這種調節方式具有調節范圍廣泛以及調節靈敏度和穩定性高的特點。文中的采煤機自動調高系統采用搖臂式的調節方式，通過液壓控制系統實現采煤機的自動調高，如圖1為自動調高系統的原理圖。

當采煤機進行割煤時，利用電動機來調整液壓泵運行，壓力油從油箱途經吸油過濾器然后進入液壓泵，當采煤機高度無需改變時，壓力油流回油池；在采煤機高度由于采場條件變化需要升降時，壓力油經調高換向閥進入調高油缸，調高油缸排油腔的油液經調高換向閥回油池，直到滾筒調整到位即調高換向閥停止操作為止。該調高換向閥是手、液兩控換向閥的先導閥，是為實現滾筒調高的自動控制的重要機構。在整個液壓自動控制調高系統中，雙向液壓鎖起著十分重要的作用。當采煤機處于調高狀態，雙向液壓鎖可以實現調高油缸的平穩工作，減小壓力波動，增加液壓系統的穩定性；當采煤機處于緊鎖狀態，雙向液壓鎖可以鎖住調高油缸兩腔的液壓油，保持滾筒可以進行正常工作。

當利用液壓控制系統進行采煤機自動調高時，它會在遵從記憶切割路徑的基礎上對滾筒切割到巖石的異常狀態做高度的自動調節，不僅可彌補記憶截割過于依賴人的行為所帶來的延遲性以及隨機性，避免單一傳感器穩定性、可靠性差和精度低等所帶來的問題，而且能夠有效解決采煤機滾筒根據采場條件變化來實現自動調高的問題。

圖1 采煤機自動調高系統原理圖

3.3 采煤機自動調高系統的應用

平煤六礦由于煤層厚度變化較為頻繁，因此，該煤礦引進了采煤機自動調高系統。針對煤礦201采場進行了數據采集，分析以及處理。201工作面采用MG/1130型電牽引采煤機，該采煤機利用液壓系統對其實現自動化控制并進行數據采集。每間隔200 ms進行一次數據采集，共有500個采集點，采煤機滾筒高度值共有600個，最終得出調高系統調高誤差不超過0.070 m，說明系統的穩定性較好。

4 結語

采煤機實現自動化控制是提高煤礦礦井生產效率的重要手段，也是煤礦發展的必然趨勢。文中所論述的采煤機自動調高系統，是利用液壓系統實現采煤機搖臂自動控制，從而實現采煤機滾筒的調高。這一系統滿足了煤礦生產的需要，配合煤巖自動識別系統對提高礦井生產的效率和煤礦機械的發展水平，具有十分重要的意義。