煤矿井下高效综采作业技术的应用研究

张献军

（山西兰花科技创业股份有限公司望云煤矿分公司， 山西 晋城 048411）

引言

据统计我国煤矿井下综采作业中综采机械化水平相对较低，而且已经投入使用的刮板输送机、采煤机、液压支架等大型综采作业设备均为孤岛式作业，没有形成统一的联动控制，智能化程度低，大量人工在综采面进行作业时也面临着瓦斯突出、尘肺病、塌方等意外事故和职业病的威胁，给井下综采作业安全和效率造成了极大的影响[1]。因此分析研究一种新的煤矿井下高效综采作业技术。

1 井下高效综采作业的控制方案

根据分析，在现有基础上要进一步提升综采作业的效率和经济性，要从减少煤矿井下综采作业人员，提升各设备之间的调整效率入手，因此本文提出了煤矿井下高效综采作业控制方案，将采煤机、刮板输送机、液压支架，以采煤机的运行状态为核心，实现以采煤机为中心的综采设备的联合运行控制。井下高效联合综采作业控制方案如图1 所示[2]。

由图1 可知，在该高效综采作业控制方案中，联合控制主要通过“三机”联动控制系统和煤矿井下的各液压支架控制器共同实现，设置在采煤机、液压支架、刮板输送机上的传感器设备对“三机”的运行状态、相互位置等进行实时监测，然后将监测结果传输给联动控制器，联动控制器根据各设备之间的相互位置状态通过判断后向各执行机构发出调节控制指令，实现联合运行控制。具体来说首先各液压支架上的支架控制器通过红外位置传感器对采煤机之间的位置关系进行判断，刮板输送机则通过电流传感器将负载信息传递给系统的联动控制器，联动控制器综合分析后，对液压支架的收放护帮板、降柱、移架进行自动控制，通过调整刮板输送机和采煤机的运行状态实现负荷自适应运行，满足联合控制需求。

图1 煤矿井下高效综采作业控制结构示意图

2 刮板输送机与采煤机的智能匹配控制方案

采煤机在综采作业过程中的综采作业速度决定了与之匹配的刮板输送机的煤炭的输送量，传统的控制方案中主要是将刮板输送机设置为最大运量工况，满足采煤机在最大综采作业能力下的综采作业需求，但由于采煤机在实际运行中会受到各类因素的影响，其综采能力呈现了较大的变化，刮板输送机长期处于“大马拉小车”的状态，而且由于采煤机为人工控制运行，无法及时将采煤机的运行状态传递给刮板输送机，导致刮板输送机也无法及时对工作情况进行调节。

本文提出了一种刮板输送机—采煤机智能匹配的控制系统[3]，以刮板输送机运行时的工作电流为信号来作为实现刮板输送机和采煤机协调运行的基础，利用各类传感器设备实现对采煤机综采作业时的位置、截割转速、进给速度的实时监测，将监测结果传递给匹配控制中心，对采煤机下一阶段的综采作业状态和割煤量进行预测，将预测结果传输给刮板输送机，同时对刮板输送机的运行速度进行调节。系统对刮板输送机运行过程中的负载电流情况进行同步检测，根据检测结果对刮板输送机上的负载情况进行判断，将判断结果传输到匹配控制中心与采煤机的割煤量理论值进行对比，当监测值大于理论值时，控制降低采煤机的进给速度或者提升刮板输送机的运行速度，当监测值小于理论值时，则控制提升采煤机的进给速度或者降低刮板输送机的运行速度，满足采煤机和刮板输送机的匹配控制需求，该匹配控制系统的结构如图2 所示[4]。

图2 煤矿井下刮板输送机与采煤机运行匹配控制系统结构示意图

3 采煤机与液压支架的联动控制方案

采煤机和液压支架的联合运行控制主要是依靠液压支架上的传感器设备首先判断和采煤机之间的位置关系，然后由联合控制中心将系统联合控制指令传输给支架控制器，通过支架控制器实现对液压支架运行状态的调整，采煤机和液压支架联动控制方案的关键点在于对采煤机和液压支架之间的相互状态进行判断，从而确保精确控制液压支架运行状态的目的。由于煤矿井下地质条件复杂，能见度较低而且工作环境恶劣，传统的编码器计数的位置判断方案经常出现累积误差，难以满足联合运行时长期控制需求，因此经过多次验证，本文采用了红外线传感器位置判断方案[5]，在采煤机上设置红外线接收装置，在各液压支架上设置对应编码的红外线传感器，采煤机接收到红外线信号后即可对信号进行解码，从而判断出与各液压支架的相对位置关系，满足联合调节控制的需求，具有定位精度好、稳定性好的优点。

根据实际应用表明该智能化综采作业技术能够精确地实现各设备之间的联合运行控制，将井下综采面作业人员数量减少了52%，综采作业效率提升了24%，是实现无人综采作业的基础，具有极大的应用推广价值。

4 结论

1）“三机联合控制，主要通过“三机”联动控制系统和煤矿井下的各液压支架控制器共同实现，通过对设备之间运行状态和位置关系的分析，实现了自动化联动运行控制；

2）刮板输送机—采煤机智能匹配控制系统，以刮板输送机运行时的工作电流为信号作为实现刮板输送机和采煤机协调运行的基础，调节精度高、稳定性好；

3）红外线传感器位置判断方案，具有定位精度好、稳定性好的优点；

4）该智能化综采作业技术将井下综采面作业人员数量减少了52%，综采作业效率提升了24%，具有极大的应用推广价值。