大采高数字智能化采煤机的设计应用

高振华

（霍州煤电辛置煤矿生产技术科， 山西 霍州 031412）

引言

目前，我国已能提供中低端系列煤机装备，但高端煤机装备与国外发达国家相比尚存在较大差距。通过对煤层识别、井下双向通信、状态监测、远程控制、三机协调控制等关键技术的研究，开发出采煤机智能控制系统，研制出年产千万吨大采高智能采煤机，可以实现工作面煤机装备的智能化控制和自动化生产，达到煤矿综采工作面减人、少人的目的[1]。

年产千万吨大采高数字智能化采煤机由辛置煤矿牵头，联合各大高校协同合作攻关，通过研发采煤机智能控制系统，开发关键核心智能装置，实现了对采煤机的智能化控制，可以对工作状态进行实时监测监控，对设备故障进行自动预警诊断，同时对煤层进行智能化识别。

1 采煤机主要技术参数

装机总功率：2860（2660）kW；截割功率：1100（1000）kW；最大采高：7.0 m；最大牵引速度：26.6（30）m/min；最大工作牵引速度：12.3 m/min；最大牵引力：1756 kN；生产能力：≥4500 t/h；自动调高控制最大误差：＜10mm；机身倾角检测精度：＜0.7°；远程通信接口：10/100 M以太网；远程控制最大距离：600 m；远程控制总响应时间：＜500 ms；整机质量：165 t[2]。

2 采煤机关键技术的分析

2.1 采煤机状态监测、预警、诊断技术

该采煤机对于工作状态监测的实现主要是利用多传感器数据融合技术，具体监测系统示意图如图1所示。事先安装的传感检测单元可以对采煤机相应的部件进行数据采集，再通过监测系统进行快速诊断和预警，同时还可以查看设备的可查看历史故障记录[3]。

电器监测：对供电电压、电机电流和温度、变频器工作状态等参数进行监测。液压及水路系统监测：对油箱液位、油箱温度、油高压压力系统进行监测。机械传动系统监测：对左右截割部—轴温度、牵引传动箱—轴温度、旋转编码器（滚筒高度）、旋转编码器（煤机位置）、摇臂高低速轴承振动进行监测。

监测系统安装了三相电流互感器、绝缘监测模块、PD100传感器，从而完成电机的过载减速、重载反牵、漏电闭锁及过温等保护，对采煤机各个电机的状态进行实时监测、自动诊断并做出相应预警提示。安装在电缆夹的称重传感器，对电缆张力监测和保护。系统能实现对摇臂高速腔、牵引传动箱高速腔及泵站的油温进行监测、报警和保护，对泵站油位监测与报警，对调高系统高、低压油压压力进行监测，对冷却水、左右内喷雾压力流量进行实时监测、预警。采煤机电气系统实时对其内部各个传感器部件与PLC和DSP架构的监测系统的通信状态进行监测，直观地给出各个传感器的通信状态。

图1 数字智能化采煤机监测系统示意图

2.2 滚筒高度自动调节技术

用高精度旋转编码器测量采煤机摇臂与机身的相对角度，利用油缸位置传感器测量控制摇臂升降油缸的实际伸缩量，将数据进行采集和传输后，到达DSP处理器进行下一步的综合处理。同时采煤机倾角陀螺仪记录的相应数据，可以准确得到采煤机的滚筒高度。利用采集信息和历史数据进行比对，建立地质模型进行运算，自动设定采高的目标值。滚筒高度自动调节可见图2所示。

图2 自动调高控制示意图

2.3 牵引速度自动调节技术

顺槽集控平台收集液压支架支护、移动状态和运输机负载的煤流相关参数，结合采煤机位置，给采煤机发出牵引速度的目标信号。将采集到的数据信息传输到DSP处进行处理运算，得到相应的位置，同时结合截割电机、牵引电机的负载电流和温度信号一同进行处理。由顺槽集控平台做出相应的牵引指令，采煤机DSP处理器接收到指令后，控制牵引电机转速，自动连续平滑达到给定速度（变频器也实时采集电机参数并通过DSP处理器反馈给顺槽集控平台）。

2.4 采煤机定位与煤层识别技术

该采煤机通过建立工作面煤层的三维数字化GIS模型来实现对采煤机的绝对定位，根据相应的监测结果，能自动计算出采煤机区域当有刀煤厚值和下几刀煤厚值，同时利用历史数据可以对后采区域进行相应的截割预测，从而实现煤层的自动识别[4]。

3 实践应用分析

研制出的千万吨级智能采煤机在霍州煤电集团辛置煤矿成功进行了应用实践，实现了采煤工作面设备智能化控制及自动化生产，提升整个综采设备行业的智能化水平，促进国内智能成套综采工作面的国产化，具有良好的经济、社会效益和推广示范作用价值[5]。

1）经济效益。该智能采煤机的使用，实现了工作面自动化生产，使煤炭企业实现了减人增效，工作面跟班人员减至1/3；节约了人力资源成本，该采煤机每年可生产原煤1000万t，为煤炭企业新增产值40亿元。

2）社会效益。该智能采煤机实现了全自动化采煤，对于采煤机的研发具有很好的参考意义。

4 结论

该设备在霍州煤电集团辛置煤矿得到了实践应用，设备运行正常、平稳可靠，各项技术指标、智能化功能均达到了项目的要求，产生了很好的经济效益和社会效果，可以进行推广应用。