采煤机位置监测系统的优化

2021-08-14王乐

江西煤炭科技 2021年3期

王乐

（潞安化工集团司马煤业有限公司，山西长治 046000）

随着科学技术的发展，煤矿现有的采煤机、液压支架、刮板输送机为核心的井下综采作业设备的自动化程度得到了显著的提升。井下自动化综采通过采煤机上安装的位置监测装置可实现对采煤机收放护板和液压支架的移架等作业，提高了煤矿井下综采作业的安全性。由于井下粉尘浓度高、作业环境恶劣，原有传统的编码器判断方案存在着可靠性差、使用寿命短、累积误差大等缺陷，无法满足安全可靠的高精度定位需求；激光定位方案在高粉尘环境中衰减大、定位精度低，同样也无法满足液压支架和采煤机高精度定位的需求。结合煤矿井下实际情况，本文提出了一种新的采煤机位置监测系统，该监测系统以红外线定位为核心，利用红外线衰减少、抗干扰能力强的特点对采煤机位置实现精确判断。根据现场应用，表明该监测系统的定位精度达到了0.1 m，其具有定位精度高、连续性好的特点，极大地提升了井下采煤机和液压支架联动运行作业的可靠性。

1 采煤机位置监控系统总体结构

结合煤矿井下综采工作面采煤机和液压支架的相对位置关系和井下实际工作环境，该采煤机位置监控系统主要包括设置在采煤机上的红外线发射装置和设置在液压支架上的红外线接收装置[1]。每个支架上的红外线接收装置均和液压支架的编号关联，随着采煤机的运行其发射的红外线信号会被不同的液压支架接收到，通过检测支架的编号即可推算出采煤机相对于液压支架组的位置关系。采煤机位置监测系统整体结构见图1。

图1 采煤机位置监测系统结构

在该控制系统中还设置有间架控制器，其主要作用是对各个液压支架的间距进行监测和调整，在运行过程中采煤机位置监测系统会将监测结果先传递给间架控制器，通过间架控制器来作为液压支架动作调整的基准。端头控制器主要用于对调整信号进行分析和发送，控制间架控制器来对液压支架的动作进行调整，同时通过间架控制器来对各个液压支架的调整情况进行监控，将监测结果传输到控制中心，便于监测人员对采煤机和液压支架的相互工作状态进行实时监测和调整。

2 红外定位装置设计

红外线定位装置是该采煤机位置监测系统的核心，其监测的准确性和稳定性直接决定了该位置监测系统的应用稳定性，结合煤矿井下液压支架和采煤机的相对运行关系，该采煤机红外线定位装置的定位原理见图2[2]。

图2 采煤机红外线定位原理

由图2可知，该定位装置在运行时，液压支架上的红外线接收装置首先接收到采煤机处传输过来的红外线信号，在系统内对信号进行滤波和信号调理然后传输到系统的A/D 转换接口，对数字信号进行增强处理。为了实现对采煤机和液压支架相对位置关系的精确判断，在控制中心设置了数据判别的标准值，当接收到的信号高于该标准值后系统即可判断该采煤机和液压支架相对应，若接收到的信号低于该标准值则表明该采煤机和液压支架处于一定的偏位，需进一步调整。

由于煤矿井下粉尘浓度大，工作环境恶劣，传统的红外线定位方案无法满足恶劣环境下的精确定位需求。因此本文提出了一种新的红外线发射装置，其采用了增强型的红外线发射管，在系统中设置了稳压电路，用于确保输出的红外线信号的稳定性，避免出现误判。系统中还设置了恒流源电路，从而有效的确保了红外线发射装置工作时的可靠性，该增强型红外线发射装置的结构见图3。

图3 增强型红外线发射装置原理

在实际应用过程中增强型的红外线发射装置只能确保所发出的红外线信号的强度，但无法保证接收装置对红外线信号接收的范围和稳定性。因此在红外线发射装置处还采用了广角发射头[3]，确保接收装置能够准确接收到偏位状态下的采煤机红外线信息。通过井下多次试验验证，最终确定广角发射头包括36 个红外线发射单元，其共分为9 组，每组均由固定的恒流源供电，发射角呈矩形排列，从而确保了在偏位状态下数据信息接收的准确性，实现了采煤机和液压支架相对位置状态的精确判断。

3 采煤机位置监测装置应用效果

为了对该采煤机位置监测装置的实际应用情况进行验证，本文以某矿井下采煤机和液压支架的联动运行控制系统为基础，对其进行位置监测改造，用红外线定位系统替代了原有的编码器定位装置，对运行过程中采煤机和液压支架的相对位置监测精度进行验证，结果见图4。

图4 不同定位方案精度对比

由图4可知，当采用传统的编码器定位[4]方案时随着推进距离的增大其误差迅速增大，当距离为300 m 时，位置定位误差达到了约0.32 m，已经超出了编码器偏位信号的接收范围，无法进行正常的运行调整，需要人工对编码器进行复位。而采用新的红外线定位方案后，在运行300 m 后其定位精度依旧达到了约0.1 m，完全满足煤矿井下的高精度定位需求，而且定位精度高、稳定性好，对确保井下采煤机、液压支架的联动运行稳定性具有十分重要的意义。