1唐艳 2苏倩
1陕煤集团神南产业发展有限公司 陕西省神木市 719300 2陕煤集团神南产业发展有限公司 陕西省神木市 719300
摘要：我国存在“富煤、贫油、少气”的能源现状，煤炭消费和生产占全球的50%左右，在未来相当长时间内，煤炭在我国能源地位仍不能改变。随着煤矿逐渐向智能化发展，井下采煤也逐渐区域智能化，煤矿采煤机运行机理和结构决定了采煤机控制系统是个复杂的过程。本文对煤矿采煤系统智能控制技术进行分析，以供参考。
关键词：煤矿采煤；智能控制；研究
引言
煤矿素来有“工业粮食”的称号，我国工业的发展离不开煤矿，它在国民经济的发展中发挥着极其重要的作用。近年来，随着科技的快速发展，煤矿行业引入了许多自动化设备应用到采煤过程中，这大大提高了煤矿采煤的自动化程度和生产效率，降低了工人的劳动强度。但煤矿能源的短缺，造成市场竞争越来越激烈，面对激烈的市场竞争，只有将高新技术利用于采煤过程中才能在提高生产效率的同时，科学降低煤矿开采成本。
1概述
智能煤矿通过将人工智能、大数据、云计算等先进技术与煤炭行业深度融合，大幅提高了煤矿企业生产效率、安全等级和决策水平。从２０２０年２月２５日国家发展改革委、国家能源局、应急部等八部委联合发布《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》（以下称“指导意见”）以来，高校和科研院所持续加大攻关力度，在顶层设计、理论架构、核心技术、管控平台、建设路线、标准制定、评价体系等方面取得了显著进展，并有学者对研究现状进行了综述。但目前并没有文献针对“指导意见”发布前后的技术研究变化情况、主要研究机构、热点研究领域进行探讨，而这些对领域研究人员和行业从业人员具有较为重要的借鉴意义。智能煤矿建设除了具有技术密集型的特征之外，还具有资金密集型特征，需要由政策引导，形成汇聚政府、学术、产业、金融和用户的合力。因此，前瞻性、针对性和引导性的政策制定十分重要。“指导意见”印发以来，国家层面和各个产煤大省先后发布了３０余项针对智能煤矿建设的政策，涉及建设目标、建设内容、建设规范、建设保障、验收评定等方面。对这些“百家争鸣”的政策进行适时归纳梳理，不但可以总结现有成果、捋清政策发展脉络，还可以为下一步政策规划提供依据。
2测试技术概况
测试需要进行实验和测量，它是通过客观事物中的相关信息，对其认识的一个过程。在测试的过程中，需要采集数据并对其进行处理，还需要完成对仿真系统的操作，也就是控制，还有被测对象的负载和运行环境的模拟。测试技术的发展需要经历三个阶段：（1）手动阶段，也就是需要人工进行对数据采集、处理和仿真系统的控制；（2）自动测试，通过数据采集所构成的测量装置，能够采用自动进行，但是在分析和处理测量数据的过程中，仿真系统的控制还需要人工进行；（3）通过计算机及其外围的设备，计算机的辅助测试可以替代人工操作，需要计算机进行相关的处理，但是，这可以在很大程度上提高测试的速度和精度，扩大测试的范围。
3煤矿采煤机基本结构
3.1电气系统
主要由交流电动机、电控箱组成。主要用于实现瓦斯超量保护、报警和检测，对煤矿采煤机牵引电机、截割电机恒功率过载保护及自动控制和电流检测，为采煤机提供动力源。核心为变频器箱，变频器箱包括人机交互界面、输入输出继电器、各类传感器、机载控制器和变频器。
输入输出继电器用于发送和接收机载控制器的信号，机载控制器用于接收智能控制信号与传感器信号，然后输出相关信号，控制采煤机进行相关运转。
3.2截割部件
主要由左右截割电机、摇臂和截割滚筒组成，安装在采煤机两端，完成割煤和落煤工作。行星齿轮、多级齿轮和惰轮啮合一起驱动截割滚筒的旋转，然后完成碎煤和落煤。为了提高采出率及避免滚筒截割矸石，需要控制采煤机的采高范围，采煤机的采高范围主要是由机身倾角、摇臂倾角、摇臂底部托架半径、液压调高油缸行程、机身高度、摇臂长度、截割滚筒的直径等参数决定的。
4系统总体架构
（1）各类传感器。主要采集胶带机、破碎机、转载机、刮板输送机和采煤机等设备的实时信息，实时信息包括压力、温湿度、电压、电流、其他故障信息。(2)本安型就地操作箱。主要为操作人员提供显示屏幕，将采煤设备的运行信息显示在屏幕中，便于操作人员及时掌握现场设备的运行情况，而且能够根据操作箱的旋转开关，实现采煤设备检修、就地、远控的切换，并实现设备就地启停。(3)采煤机装备集中PLC智能控制柜。是系统的核心监控设备，能够提供模拟量采集接口、通新接口、I/O接口等，支持标准的ＲS-485通信协议和以太网，可以实现对采煤设备的运行状态的采集、传输和处理。(4)控制计算机。包括2台计算机(一用一备)，其监控软件可以实现对采煤设备的信息的存档和处理，其WINCC组态界面可以实时浏览工作面的运行信息。(5)客户端。客户端可以通过平板电脑、智能手机、计算机等，浏览煤矿采煤设备的实时运行信息，还可进行信息查询。(6)数据服务器。主要是负责对采集的数据进行汇总、处理、储存和发布等，通过以太网和监控室的组态软件进行通信。
5采煤机状态感知技术
5.1采煤机定位感知
采煤机在作业过程中，行走轨迹由刮板输送机的导轨走向决定，采煤机工作范围和行走轨迹将对会作业面煤壁的截割笔直程度和液压支架的自动调直产生直接影响。采煤机定位技术是煤矿综采无人化的最基本的技术支持，其核心技术是地质空间三维定位。目前，超声波定位、地理信息系统定位、红外线定位、无线传感网定位等，均为常见的采煤机定位原理[1]。以地理信息系统（GIS）定位技术为例，GIS定姿原理见图1。在采煤机行走部位安装轴编码器，可测量采煤机行走距离和速度；在摇臂和机身铰接轴安装轴编码器，可准确测量摇臂的旋转角度；采煤机身安装导航装置，可确定采煤机行走方位和姿态。
5.2采煤机的故障感知
煤矿开采具有工作强度大、井下工作环境恶劣等特点。在作业过程中，采煤机超负荷运转会导致各类故障频发。以往工作人员主要通过工作经验和现场检测情况，对采煤机进行故障诊断，这种方法主观性强，存在一定的滞后性。智能化采煤机具备数据收集、传输功能，采煤机传感器在发现故障后，将会第一时间对比机器的标准参数，迅速找到故障原因，以此确保采煤机检修和煤矿综采工作效率。
结束语
智能化采煤机是煤矿无人化综采作业中最为关键的设备，该设备基于自动故障诊断、自动截割调高、自动煤岩感知、自动定位等多项高新科技，为复杂的煤矿开采工作提供了智能化保障。今后，应继续加大煤炭行业的科技投入，不断创新运营模式，积极引用先进理论，以此实现煤矿转型，切实提高煤矿井下开采的安全性以及自动化、智能化水平。
参考文献
[1]张伟.煤矿智能无人值守采煤工作面开采关键技术研究[J].建材与装饰,2019(22):249-250.
[2]宫平,文秀龙,赵鹏飞.煤矿智能无人采煤工作面开采关键技术分析[J].南方农机,2019,50(08):160.
[3]程岩,张连昆,程允科.煤矿智能无人采煤工作面开采关键技术探讨[J].内蒙古煤炭经济,2017(10):43-44+82.
[4]张宝忠.煤矿采煤中智能控制技术的应用分析[J].技术与市场,2017,21(10):9-10.