智能綜采作業中采煤機關鍵控制技術研究

張進忠

（山西忻州神達南岔煤業有限公司， 山西 寧武 036700）

引言

采煤機是一種集機、電、液于一體的大型機械設備，也是煤礦井下智能化綜采作業的核心裝備，主要通過控制系統來實現搖臂的上下移動完成割煤動作，同時需要進行數據通信控制、遠程截割控制及噴霧降塵等，其工作的穩定性和可靠性直接決定了煤礦井下綜采作業的效率和安全性。目前多數采煤機研究方向主要是對于智能截割控制系統的研究，較少涉及到采煤機實際工作時調高系統、數據通信系統、遠程控制及噴霧降塵等關鍵技術。因此本文對采煤機的關鍵技術點及實施方案進行了分析，為進一步深化采煤機自動控制研究、提高采煤機工作時的穩定性和可靠性奠定了基礎，對實現綜采面的無人化綜采作業具有十分重要的意義。

1 采煤機自動調高控制及數據通信

采煤機自動調高控制系統主要用于控制采煤機搖臂的升降，滿足截割機構的截割作業需求，而實施調高控制的基礎在于對調整高度的精確監測。通過對多種調高監測方案的研究，最終確定采用在搖臂調高油缸內設置高精度的位移傳感器，在采煤機搖臂處設置角度傳感器，通過雙傳感器測定來實現對采煤機搖臂高度的精確監測[1]，傳感器的位置監測誤差在±1 mm 以內，其工作時的位置記憶精度達到了±5 mm。在工作時設置在油缸內的位移傳感器通過監測執行油缸伸出的長度，根據預設的三角形模型來測算采煤機搖臂的截割高度。

角度傳感器設置在搖臂和機身之間，通過測量搖臂的調高角度，再利用三角形邊長計算方法，來實現對采煤機搖臂截割高度的確定。由于角度傳感器裸露在外，因此極易被綜采作業時的煤塊和落煤沖擊，導致失效，為了提升角度傳感器的工作穩定性和可靠性，特設計了角度傳感器保護裝置，確保傳感器工作時的可靠性和使用壽命，該保護裝置結構如圖1所示。

圖1 傳感器保護罩示意圖

采煤機在截割作業過程中其自動截割控制、遠程截割控制以及智能控制等均包含了大量的傳感器和通信中心，需要在瞬時傳遞大量的數據。由于井下環境惡劣、電磁干擾嚴重，極易導致數據傳輸信號被干擾失真，因此需要通信系統具有極大的瞬時流量和極強的抗干擾能力，滿足通信可靠性的需求。在對多種數據傳輸方案進行分析后，最終確定了CAN 數據總線傳輸模式[2]，所有的通信接口均采用本安接口，數據通信協議均采用RS485 通信協議，滿足數據傳輸可靠性的需求。

2 采煤機遠程自動化控制

采煤機在自動截割作業過程中極易出現片幫異常，影響煤礦井下的正常綜采作業，目前通常需要人工在井下進行巡檢，人工控制采煤機的啟動、停止和調整，不僅工作量大而且易遺漏。因此本文提出了一種采用遠程雙回路互鎖的遠程自動控制方案，其控制原理如下頁圖2 所示[3]。

圖2 采煤機遠程自動控制原理圖

當采煤機需要遠程啟動時，系統首先接通控制開關P，然后遠程啟動控制開關K1接通，使采煤機上的遠程先導回路接通，控制采煤機的遠程啟動，當系統需要遠程關閉時，同樣先接通控制開關P，然后遠程停止開關K2和繼電器K3先后接通，控制采煤機停止運行。當需要在井下對采煤機的啟動和運行進行控制時可以通過系統上的就地啟動和就地急停按鈕來控制，滿足采煤機在不同情況下控制靈活性的需求。

通過該采煤機遠程自動控制系統，能夠實現對采煤機綜采作業的遠程調控，進而提升采煤機在綜采作業時的安全性，并可減少2 名綜采面巡檢人員，提高了綜采的經濟性。

3 采煤機噴霧降塵系統

采煤機在截割作業時會產生大量的粉塵，不僅造成綜采面能見度低下而且還嚴重影響了綜采作業人員的身體健康。因此，為了進一步提高降塵效率，本文提出了一種新的采煤機外噴霧裝置，該裝置主要包括了噴霧裝置、高壓管路主儲水裝置等構成，根據噴霧需求，高壓管路的氣源選擇可調式高壓泵，管路采用了從20 mm 漸變到15 mm 的變管徑管路，從而保證噴嘴處能一直保持10 MPa 以上的噴霧壓力，最大限度地擴展噴霧降塵范圍，提高降塵效果。

傳統的噴嘴直徑通常采用1 mm 的小噴嘴，雖然能夠保證較好的噴射范圍和霧化能力，但當其不工作時極易被堵塞，需要頻繁地更換。本文通過研究定壓力下不同直徑噴嘴對噴霧降塵效果的影響，最終確定采用1.5 mm 口徑的噴嘴，實現了噴霧效果和防堵塞效果的最佳統一。

根據實際應用表明，新的采煤機噴霧降塵系統能夠將綜采面的粉塵濃度降低85%以上，對提升綜采面綜采作業安全具有十分重要的意義，該新型采煤機噴霧降塵系統結構如圖3 所示[4]。

圖3 采煤機噴霧降塵裝置結構示意圖

4 結語

為了提升采煤機綜采作業的安全性和經濟性，本文對采煤機調高控制系統、數據通信系統、遠程自動化控制系統和噴霧控制系統等關鍵控制技術進行了分析，為進一步優化采煤機關鍵控制技術、提高控制精度奠定了基礎。實際應用結果表明：

1）在搖臂調高油缸內設置高精度的位移傳感器，在采煤機搖臂處設置角度傳感器，通過雙傳感器測定來實現對采煤機搖臂高度的精確監測方式，能夠實現對采煤機搖臂截割高度的精確監測。

2）CAN 數據總線傳輸模式能夠滿足數據傳輸安全性和快速性的需求。

3）采煤機遠程自動控制系統，能夠實現對采煤機綜采作業的遠程調控，進而提升采煤機在綜采作業時的安全性。

4）采煤機噴霧降塵系統能夠將綜采面的粉塵濃度降低85%以上，對提升綜采面綜采作業安全具有十分重要的意義。