郭建龙
陕西省榆林市陕西有色榆林新材料 陕西 榆林719000
摘要：目前，我国的经济发展十分迅速，中国作为煤炭能源大国，实现煤矿综采工作面的自动化、智能化和无人化，对保障作业人员的人身安全和工作效率具有重要意义。采煤机作为工作面关键装备之一，直接影响了整个综采工作面的安全性和工作效率。提出了采煤机智能控制系统控制方案，在此基础上设计了采煤机智能控制系统的总体结构，为中国煤矿综采自动化作业提供了重要参考。
关键词：采煤机；智能化；控制系统；结构设计
引言
近年来，受城市经济建设进程持续深化的影响，促使市场中石油能源使用需求缺口渐渐扩大，而做好煤炭开采工作不止能为社会经济运行发展提供相应的能源支持，更保证日常生活供暖的有序性及不间断性。与其他类型能源相比，煤炭能源开采作业量大且作业难度高，尤其是大范围应用自动化技术及智能化技术后，大大增加各种问题的发生率，对煤炭生产安全性产生极其不利的影响，甚至埋下安全事故的发生隐患。一旦发生安全生产事故则威胁开采人员生命健康安全，甚至造成企业严重的经济损失。由此可见，煤炭资源开采期间灵活运用智能化技术手段，根据现场具体情况选择适宜的开采技术，能保证煤炭开采工作有序开展。本文针对“煤矿采煤机智能化关键技术”进行分析研究具有重要的价值意义。
1采煤机概述
采煤机主要由截割部、传动部、电气系统、液压系统及其他辅助系统组成。1）截割部为采煤机截割煤层的部件，其安装于采煤机两端，由截割电机控制。截割部由摇臂根据煤层高度控制其截割高度。一般情况下，采煤机左右截割部的旋转方向是相反的，其上安装的螺旋叶片的螺旋方向也是相反的。2）牵引部为控制采煤机前进的部件，其根据实际工况推进采煤机的运行。牵引部动力由其牵引电机提供并通过多级减速齿轮最终将动力传至行走箱。3）电气系统具有为采煤机的截割部和牵引部提供动力，并为截割部、牵引部等提供过载保护、报警的功能。电气系统中的变频器为采煤机的核心部件，基于变频器和相关控制系统能够根据采煤机截割部的受力情况控制截割部的动力大小，从而实现在保证工作面生产能力的同时达到节能的效果。4）辅助装置主要包括有底托架、电缆水管拖移装置、喷雾装置等。底托架与刮板输送机连接，为采煤机提供支撑；喷雾装置可降低采煤过程中粉尘、煤尘的浓度；电缆水管拖移装置可避免电缆和水管在拖移过程中出现弯曲和扭铰的事故。
2采煤机智能控制系统的研究与应用
2.1采煤机智能控制系统的控制方案
分析采煤机工作过程发现，采煤机中主要的2个参数是滚筒高度和牵引速度。因此，对采煤机开展智能控制可基于这两方面进行。其中，滚筒智能调高控制是采煤机以工作面为基准，根据煤矿煤层的变化自动进行调整，避免切割顶板、底板和岩石，提升采煤的实效性；牵引智能调速控制是采煤机沿刮板输送机行走时，根据不同工况条件、工作面煤质情况且在保证滚筒落煤和输送机装煤任务的前提下，自动设置采煤机的牵引速度，既可适应生产过程中发生的各种情况，又能充分发挥采煤机的生产能力。但目前国内外对于采煤机的自动调节并未实现精准、实时控制，导致采煤效率不高、稳定性不强，实际作业时无法满足复杂的工作情况。为此本文提出了一套采煤机智能控制方案，即作业人员操作采煤机进行作业，智能控制系统对采煤机工作姿态、滚筒高度和牵引速度等数据进行采集，利用智能算法预测下一刀工作轨迹；通过采煤机机身安装的各类传感器对采煤机运行状态进行采集、评价，查看采煤机状态是否异常。如果采煤机出现异常，则通过智能调速算法进行智能牵引调速，对其状况进行处理；如果采煤机仍处于异常状态，则需要滚筒调高和牵引调速两者共同作用。该控制方案不仅可以有效提高采煤效率，还可以保障采煤人员的安全。
2.2综采装备群智能化协作
综采装备作为采煤系统的核心部分，是实现割煤、落煤、支护、运煤等环节的关键。由于综采装备群是多种装备的集合，其工作对象、工作方式差异明显，但各类设备之间又相互关联。因此，需要借助现代装备制造技术进行研究，提升装备群的智能化、自动化程度。其涉及的关键问题主要有开采装备的成套化设计、特殊工序自动处置装置技术开发、关键元件稳定性以及装备智能传感内嵌式技术等。
2.3无线网络传输技术
煤矿开采工作实施期间以保证采煤机智能化技术应用效果为前提条件，侧重于提高煤炭开采效率及开采质量，而注重应用无线网络传输技术手段，符合合理调节使用采煤机设备的要求。由此可见，制定无线网络设置期间，相关技术人员根据采煤机装置的具体使用要求，全方位分析采煤机设备使用时各种参数数据的完整性，方可实现大幅度提升数据应用安全性及准确性的目标。同时，综合考虑无线交换机装置特点，尽量全面分析无线交换机配套设备等相关资源系统的设置，确保采煤机装置控制器设计的科学性及合理性，再创新无线网络传输技术水平，充分发挥其监督管理煤矿开采的作用，大大提高其技术应用效果。
2.4自动执行能力要素
(1)开采条件预测、适应与处理能力。研究工作面设备、开采条件对智能开采的实际影响关系，利用自适应智能开采控制理论模型，构建包含采煤机、刮板输送机、支架、两巷支护与顶底板信息的生产过程数值模型。建立基于煤层条件的智能开采技术适应性评价体系，研究智能开采的煤层适应性评价方法、顶板来压和煤壁片帮预测处置技术以及环境条件的智能协同感知技术，研发智能工作面开采条件实时预测与处置技术，保障智能工作面的安全和高效生产。(2)智能开采装备透明化能力。建立“透明工作面”自适应智能开采控制模型，以“透明工作面”自适应智能开采控制理论模型揭示工作面开采条件、煤岩界面识别、地理信息系统和超前支护等技术之间的耦合规律，为工作面调高、俯仰采、伪斜及直线度等智能开采控制提供理论依据，包括建立工作面采煤机动态截割模板优化修正理论模型，工作面俯仰采平滑阶梯多级调整控制模型;工作面伪斜及直线度智能控制模型和软件。(3)全方位无缝覆盖工作面感知能力。通过在综采工作面引入多径异构无线通讯网络技术，根据影响工作面物联网无线通讯性能机理，设计抗多径干扰算法和高密度、大容量、实时、低功耗异构无线通讯网络平台，研制具有遥控数据接入、人员感知定位、高带宽数据传输、无线传感器接入功能的一体化无线传感系统。引入机器人对综采工作面生产装备、环境和煤流的动态实时巡检，综合运用巡检机器人配置的高精度、高智能感知装置，实现运输机形状、地理信息系统、设备空间定位等，支撑工作面智能控制模型的建立。
结语
针对目前采煤机自动化程度低、稳定性差、安全性低的缺陷，在分析采煤机工作原理的基础上，提出了一套采煤机智能控制系统控制方案，设计了控制系统的总体结构，并对各组分和工作原理进行分析，对于提升综合开采面的自动化程度、生产效率和安全性具有重要意义。
参考文献
［1］陈乐乐，陈彦羽，徐永鑫.我国煤炭资源综合利用的问题与对策分析［J］.科技创新导报，2010(15)：76-77．
［2］钱鸣高.煤炭的科学开采［J］.煤炭学报，2010，35(4)：529-534．
［3］韩欣玲.我国煤炭企业安全生产的政府监管研究［D］.开封：河南大学，2012．
[4］葛世荣，王忠宾，王世博．互联网+采煤机智能化关键技术研究［J］．煤炭科学技术，2016，44(7):1－9．
［5］袁亮，张平松．煤炭精准开采地质保障技术的发展现状及展望［J］．煤炭学报，2019，44(8):2277－2284．