大型露天矿半连续开采装备智能化控制

纪飞　叶龙

摘 要：煤炭在我国的能源结构中占据着重要的比重，相对于石油、天然气等一次化石能源我国煤炭资源相对丰富，在经济快速发展的今天加快煤炭开采保障能源供应是经济健康稳定发展的重要保证。露天煤矿相对于井下开采不论是开采技术难度还是开采成本都相对较低，通过大型成套设备的高效、环保、节能的绿色开采能够实现露天煤炭资源的充分利用，且经济回报率较高。现今在我国露天煤矿的开采中，国产千万吨级露天煤矿半连续开采成套设备的智能化仍存在一定的不足致使千万吨级露天煤矿半连续开采成套装备无法最大限度地发挥出其开采能力。因此，为提高露天煤矿的开采效率，应当积极加强千万吨级露天煤矿半连续开采成套装备的智能化研究，通过智能化控制系统的自动化检测、监测、保护和控制提高千万吨级露天煤矿半连续开采成套装备的作业效率和作业的安全性。

关键词：千万吨级露天煤矿半连续开采成套装备；智能控制；调速

中图分类号：TD824 文献标志码：A

0 前言

在世界范围内，大型露天煤矿最为先进的开采工艺是以自移式破碎站为核心的半连续开采工艺，通过单斗挖掘机-自移式破碎站-转载机-移置式胶带运输机等设备的配套协作建立的开采作业线相对于传统的“单斗-卡车”作业模式开采成本压缩了3成、效率成倍提升且更为环保。这一开采工艺已经在国内外多数大型露天煤炭开采中得到应用，国产设备厂商通过对千万吨级露天煤矿半连续开采成套装备进行刻苦攻关，已经形成了具有自主知识产权的成套装备研制能力，但是与国外同类产品相比在千万吨级露天煤矿半连续开采成套装备控制智能化方面上仍存在着一定的不足，致使半连续开采成套装备无法最大限度地发挥出开采能力。通过加强对于千万吨级露天煤矿半连续开采成套装备配套的自动化检测、监控、保护和控制系统用以形成对于千万吨级露天煤矿半连续开采成套装备的智能化控制。

1 千万吨级露天煤矿半连续开采成套装备的组成

千万吨级露天煤矿半连续开采成套装备主要是以自移式破碎站为核心辅助，以单斗挖掘机、转载机、带式输送机所组成的开采作业线。在露天煤矿的开采过程中，单斗挖掘机完成煤炭的采掘作业后，将原煤输送至自移式破碎站，自移式破碎站将原煤进行破碎后，排料输送装置经转载机输送至带式运输机上，实现原煤的开采、输送。

2 千万吨级露天煤矿半连续开采成套装备的智能控制

在千万吨级露天煤矿半连续开采成套装备的智能化控制中着重需要解决单机设备之间的自动准确对接、自移式破碎站的姿态感知和姿态自动调整、自移式破碎站的自动破碎以及物联网等几方面的问题。

2.1 千万吨级露天煤矿半连续开采成套装备自动对接智能控制

自移式破碎站体积庞大，且自重高达上千吨，在实际开采作业中需要跟随开采设备进行移动，为保证开采工艺的运行，70多米长的转载机需要频繁的进行移动对接破碎站和受料车以保证物料连续稳定输送至受料车中。在这一对接过程中由于受到风力以及负载和煤粉的干扰致使现今国内外在对接上多采用的是人工对接方式，人工对接效率低且受干扰较大。通过做好多台大型装备智能快速对接的智能研究将能够极大的提高对接的效率，缩短对接时间、提高设备的对接的安全性。同时自动对接还能够解决夜间及能见度较差条件下的对接难题。在自动对接智能控制的实现上采用的是结构创新与智能对接控制技术相结合的方式。结构创新是通过在自移式破碎站和转载机上附加一个回轉自由度，实现微摆回转动作；智能对接控制技术是通过加装于自移式破碎站和转载机上的查分GPS和UWB元件来对自移式破碎站和转载机的位置进行定位以实现对于自移式破碎站和转载机自动对接的控制。自动对接智能控制的原理如图1所示。

2.2 自移式破碎站的姿态感知和姿态自动调整

自移式破碎站体积庞大，自重高达千吨，自移式破碎站在移动的过程中受制于作业现场复杂的地面情况，致使自移式破碎站经常处于倾斜工况下，加之自移式破碎站作业时时有转弯运动、爬坡等情况，致使自移式破碎站存在着倾覆的危险。尤其是在侧面、斜面工作面作业时露天矿现场高达30m/s及以上的风速将极大的增加自移式破碎站倾覆的风险。通过自移式破碎站的姿态感知和姿态，自动调整将有助于保证自移式破碎站的稳定性，通过在自移式破碎站上加装水平、竖直位置传感器用以对自移式破碎站作业时的倾斜情况进行监测，同时加装于其上的风速传感器能够对自移式破碎站作业时现场的风速情况进行检测，并通过计算来对自移式破碎站的倾覆风险进行计算，并根据所反馈的水平、竖直状态和风速情况来对自移式破碎站的姿态进行调整（通过上部机身的旋转和排料臂的调整），用以调整自移式破碎站的重心，同时对自移式破碎站作业时的危险姿态、高危姿态进行监测控制，保障自移式破碎站的安全、高效的运行。

2.3 自移式破碎站和转载机履带智能调速及动力匹配

自移式破碎站和转载机在作业的过程中依靠两条履带的速度差进行转弯，在现今自移式破碎站和转载机履带的控制中国内外大型自移式破碎站和转载机履带调速都采用的是人工操作的方式，依靠人工操作无法最大限度的实现动力的匹配，致使履带调速与动力匹配无法在最佳效果下进行。千万吨级露天煤矿半连续开采成套装备的行进速度较低，针对履带3种典型的转弯情况（原地转弯：一条履带制动，另一条履带前进；滑移转弯：一条履带后退，另一条履带前进；大半径转弯：一条履带前进速度慢，另一条履带前进速度快），可以采用智能控制方法进行调速及动力匹配，达到提高效率、降低能耗的目的。在自移式破碎站和转载机履带智能调速及动力匹配上对自移式破碎站和转载机履带运行情况进行研究，采用智能算法来对电机转速进行调整和匹配用以采用最小的功耗和滑移量来完成转弯作业，提高自移式破碎站和转载机运动的稳定性并降低能耗。

2.4 构建先进的自动化控制系统

在千万吨级露天煤矿半连续开采系统的自动化控制上采用S7-400为控制核心，并在现场搭建以工业以太网为基础的监控、控制网络，完成对于千万吨级露天煤矿半连续开采装备的监控、控制。

结语

目前应当积极加强对于千万吨级露天煤矿半连续开采成套装备的智能化研究，解决千万吨级露天煤矿半连续开采成套装备作业中的对接、自移式破碎站的姿态监控调整以及自移式破碎站和转载机履带动力调整等的难题，提高作业效率。

参考文献

[1]张洪，贺永军，刘梅.露天煤矿剥离半连续开采工艺系统及其应用的研究[J].露天采矿技术，2013（1）：9-13.

[2]蔡智生，张鸣江.大型露天煤矿连续与半连续开采工艺设备的集中控制系统[J].电气传动，1997（6）：22-25.