某矿井智能化联控综采技术

2021-08-23刘文明

现代矿业 2021年7期

刘文明

（潞安化工集团司马煤业有限公司）

自动化控制技术是解决煤矿井下综采效率低、安全性差的核心技术，但由于煤矿井下的综采作业条件复杂，导致现有的自动化综采控制方案无法真正地实现综采面的自动化控制，特别是采煤机和刮板输送机、液压支架之间，需要靠人工进行定位和移架调整，不仅效率低而且安全性差，成为限制煤矿井下综采效率和安全进一步提升的关键瓶颈。

结合自动化控制技术的发展和煤矿井下综采作业工艺流程，提出了一种新的矿井智能化联控综采技术，优化了井下三机联合综采的工艺流程，对采煤机、液压支架、刮板输送机的联动控制方案和控制系统构成进行分析。

1 智能化联控系统结构

在该智能化联控系统中，主要是针对综采面的核心设备进行联动运行控制，以降低系统的实现难度，提高可靠性。因此，系统的主要功能是控制采煤机按照预定的截割方案进行自动截割作业，然后将采煤机的运行状态和截割作业位置信息等传递给智能化联控系统。系统接收到相关的信息后对支架和采煤机的相对位置关系进行判断，然后控制对应的支架进行跟机移架、伸缩护帮板等，满足支架的自动跟机运行。同时系统在刮板输送机处设置有煤量判断装置，对落煤量进行实时监测，然后根据系统预设的牵引速度—煤量匹配情况，自动调整刮板输送机和采煤机的运行状态，满足井下煤炭运输经济性的需求。该矿井智能化联动控制系统结构如图1所示［1］。

由图1可知，该智能联控系统整体结构主要包括了地面管理层、井下监控层和综采面设备层3个部分，设备层主要是由设置在液压支架上的支架控制器以及设置在刮板输送机、采煤机上的各类传感器构成，用于对采煤机、刮板输送机、液压支架的运行状态进行实时监测，同时需要执行远程监测单元所传递的调控指令。井下监控层主要包括不间断电源、井下监控中心以及联动控制器，主要用于对综采面的可视化监测、井下设备运行状态数据信息分析处理的等。地面管理层主要是地面监控中心，主要用于对井下综采面运行状态的实时监测，同时能够根据井下实际情况，进行远程控制。

2 液压支架跟机控制

采煤机在综采作业过程中沿着综采面不断地推进，其前后的液压支架需要根据采煤机的位置不断调整支护姿态，避免采煤机在截割作业过程中和支架护帮板相碰，同时采煤机后侧的支架还需要不断进行调整，满足支护可靠性的需求。由于井下综采环境较为恶劣，因此传统的控制方案无法确保采煤机和液压支架运行的一致性。

结合井下综采作业流程以及采煤机、液压支架的相互配合关系，提出了一种新的液压支架跟机控制方案，首先利用设置在采煤机和液压支架上的红外线定位装置及编码器定位装置对采煤机、液压支架之间的相互位置状态进行判定，然后根据预设的支架移架方式来控制液压支架的自动运行，从而实现支架组和采煤机联动运行控制的需求，该支架组跟机控制流程如图2所示［2］。

结合采煤机割煤方式，经过实际验证，采煤机运行时其进给方向上第7个支架开始进行收护帮板作业，其机身后侧低7～11个支架开始进行移架，采煤机机身后侧第13～16个支架开始进行打护帮板作业，采煤机机身后侧第18～25个支架进行推溜，从而满足了自动跟机运行的控制需求，极大地提升了井下支架跟机作业的精确性和安全性。

3 支架控制器结构

支架控制器是井下支架控制的核心，不仅能够收集支架的运行状态，为支架的调整控制提供数据支撑，而且还能够控制支架的实际运行，完成控制系统发出的各种数据调节指令，为了满足支架控制灵活性和精确性的需求，在支架控制器上设置了SAC电液控制系统，在接收到智能控制系统的调节信号后，能够及时给出调节控制指令，满足自动控制的需求，支架控制器的整体结构如图3所示［3］。

由图3可知，该支架控制器通过数据总线，将井下所有支架控制器相互连接，通过支架电液控制系统来对液压支架上的换向阀进行控制，满足对液压支架的自动控制需求，通过各类传感器设备实现对井下支架支护状态的持续监测，不仅为系统的调控提供依据，而且能够对支架的调整情况进行反馈，满足精确调控的需求。

4 刮板输送机智能控制

刮板输送机主要用于井下物料输送，传统的井下刮板输送机控制主要是采用了恒速运行的方式，但由于井下煤炭开采速度波动大，会导致不同时间段内煤炭的开采量存在差异，因此使刮板输送机的运行存在极大的电能浪费。结合井下实际情况，提出了在刮板输送机落煤点处设置称重装置［4-5］，自动将落煤量传输给智能控制系统，若煤量小于额定量，则降低刮板输送机的运行速度，若高于额定量则增加刮板输送机的运行速度，若煤量超过刮板输送机的最大承载值，则系统控制调节采煤机的综采作业速度，进而满足井下物料运输效率和安全性的需求。根据实际应用表明，新的智能控制系统能够将刮板输送机的整体运行耗电量降低13.8%，显著地提升井下物料运输安全性。