綜采工作面采煤機割煤高度與牽引速度控制研究

郝 赟

（西山煤電西曲礦，山西 古交 030200）

引言

隨著礦井采掘設備綜合自動化、智能化程度的不斷提升，采煤機運行控制精度更高，采煤機割煤過程中若發現異常情況，通過調節采煤機牽引速度或者截割高度可確保采煤工作平穩開展[1-3]。對采煤機割煤工作影響因素多樣，在實際生產過程中應根據現場實際情況調節采煤機割煤高度及牽引速度，若頻繁調整割煤高度則會影響煤炭采收率，導致采空區內遺煤量增加；頻繁調整牽引速度，則導致采面煤炭產量出現明顯波動，在采面回采時在滿足生產前提下應盡量保證采煤機平穩回采[4-5]。同時隨著采煤機截割控制技術及截割齒強度、硬度增加，當采煤機滾筒截割遇夾矸時（夾矸硬度及厚度較小），無須調整采煤機截割高度，僅需適當降低牽引速度即可，若頻繁地對截割高度及牽引速度進行調節，則會在一定程度上影響采煤機工作效率及穩定性[6-9]。因此，為降低頻繁調整對采煤機運行的影響，本文基于BP網絡及RS理論對采煤機割煤高度及牽引速度進行協同控制。

1 協同控制系統構建

1.1 協同控制系統結構

構建的協調控制系統主要適用于智能化綜采工作面，在無人值守狀態下采煤機可依據截割煤層地質條件智能調節采煤機牽引速度及滾筒割煤高度。綜合使用BP網絡及RS理論分析采煤機運行狀態。當采煤機運行出現異常時，系統會發出控制指令調整滾筒截割高度、牽引速度等，使采煤機始終處于平穩運行狀態。具體構建的協筒控制系統結構如圖1所示。在協同控制過程中，控制指令會影響整個系統穩定性及采煤機工作效率，為此通過控制指令優先級方法來調節協同控制系統。

1.2 控制指令優先級確定

圖1 協調控制系統結構框圖

當采煤機運行出現異常時，可向采煤機發出控制指令調整采煤機運行狀態，提高采煤機運行可靠性。為提高采煤機運行穩定性并使得工作面頂底板平整，便于后續頂板管理，文中結合以往研究成果提出用FL-EKB庫（模糊邏輯-專家知識庫）來確定控制指令優先級。在綜采工作面煤炭回采時采煤機控制指令包括搖臂恒定、搖臂上升及搖臂下降等。

采煤機運行狀態評價可通過分析截割電機、牽引電機狀態實現；具體電機運行異常表現包括電機電流異常、溫度異常及報警等。當采煤機運行出現異常時，系統結合監測參數特征及FL-EKB庫確定控制指令優先級，從而確保采煤機始終處于安全、合理的工作狀態。具體確定的采煤機控制指令優先級如下頁圖2所示。

1.3 控制流程

根據確定好的控制指令優先級，確定割煤高度與牽引速度協同控制流程，控制流程主要調節采煤機牽引速度，并輔助調節截割滾筒高度。協調控制依靠分析采煤機工作狀態參數實現，當采煤機截割矸石或者頂板時往往引起電機電流出現顯著變化；通過推理模型系統實現采煤機牽引速度調整，若采煤機在較短時間內即可恢復原有工作狀態，則無須調節割煤高度；若采煤機異常狀態長時間無法恢復，則需要調節采煤機滾筒高度。

圖2 控制指令優先級

2 工業應用分析

分析系統協調性及穩定性，在山西某礦3506綜采工作面進行試驗分析。對采煤機控制系統硬件進行補充，增加本安型無線交換機、機身及搖臂傾角傳感器、電流傳感器、位置傳感器等。具體系統方案如圖3所示。

圖3 截割高度與牽引速度協同系統方案

當采煤機按照預先規劃路徑進行回采時，采煤機右側截割電機輸入電流穩定在46 A，牽引速度穩定在4.5 m/min；當采煤機機身位置推進至102.6 m點位置時（如圖4中A點位置），截割電機電流由46 A快速增加至56 A，且采煤機搖臂也出現不同程度抖動，此時遠程控制平臺采煤機運行狀態評估模塊上顯示“右截割電流波動”，系統會自動發出控制指令并將采煤機牽引速度降低至3.2 m/min，系統調節右截割電流平穩并恢復至正常值；當采煤機位置移動至107.6 m時（如圖4中B點位置），右截割電流明顯增大至75 A，此時遠程控制平臺采煤機運行狀態評估模塊上顯示“右截割電流波動”，依據預先設定的控制指令準則，向采煤機發出“右臂下降”控制指令，具體將右側割煤滾筒截割高度控制在3.8 m，采煤機牽引速度調整至3.0 m/min，此后右截割電機電流降低至50 A，采煤機平穩運行。具體遠程控制平臺采煤機運行狀態評估模塊顯示界面如圖5所示。

圖4 采煤機割煤高度及電流監測曲線

圖5 遠程控制平臺采煤機運行狀態評估模塊顯示界面

經由現場工業試驗分析得出，綜采工作面采煤機可依據預先規劃路徑平穩運行，并且可依據現場監測結果對采煤機異常原因進行判斷，并依據判定結果向采煤機發出控制指令，從而實現采煤機滾筒截割高度與牽引速度自動協調的目的。

3 結語

智能化是提高煤礦生產效率、減少井下作業人員數量，對提升煤礦安全高效生產的主要途徑之一。綜采工作面內存在粉塵濃度高、作業環境惡劣、安全風險大等問題，無人化智能綜采工作面構建可實現采煤機遠程操控并依據預先設定系統實現采煤機自動截割。為進一步提高智能化綜采工作面生產效率，減低采煤機磨耗及故障發生率，對采煤機牽引速度、截割高度協調控制系統展開研究，對系統結構與控制流程等進行分析，并通過綜合使用FL-EKB庫來確定控制指令優先級。

在山西某礦現場工業試驗表明，本文所提截割高度、牽引速度協同控制系統可依據現場情況對采煤機截割高度、牽引速度等進行調節，自動提高采煤機可靠性。