刮板输送机煤量分布计算及煤层高度控制

刘建伟

（宁夏天地奔牛实业集团有限公司，宁夏银川 750000）

0 引言

工作面刮板输送机是整个井下采煤工作面最重要的煤炭输送设备之一，采煤量并不是均匀的，经常出现某一段很多煤，某一段煤量很少的情况，这种不均匀的分布对于刮板输送机来说输出不稳定，而且现有技术大多都是根据刮板输送机上的煤量调节速度。综采工作面煤流负荷量是一个难以测量的数值，通过现有技术手段要精确测量该数值，需投入大量人力物力进行研究，同时又因为井下实际情况极为复杂，工程安装设计也较为困难，因此采用自动控制理论中的模式识别来进行工作面煤流负荷量的预测判断，通过对采煤机位置、采煤机切割电流、采煤机运行速度、采煤机行进方向、刮板机自身转矩5 参数研究分析，建立起理论上刮板机煤流负荷量的模型和算法，并通过模型计算结果，给出刮板机合理的运行速度，从而实现对刮板机上煤层高度的控制。

1 刮板运输机负荷及工作面出煤量的计算

根据工作面实际开采情况，可以估算出采煤机割煤的煤量，用下述公式进行描述。

Qc=VcHBρ

其中Qc 为采煤机割煤量，Vc 为采煤机速度，H为采高，B 为煤机截深，ρ 为煤比重。假设采煤机割煤的装煤量与支架推溜装煤量的比值为系数Kc，则采煤机割煤时的实时装煤量Q为：

Q=Kc×Qc

也可以推算出单个液压支架满行程推溜的装煤量如下：

Qs=（1-Kc）×LHBρ÷N

其中L 为工作面总长，N 为液压支架数，由此可获得工作面煤流负荷量的简单数学模型。

2 影响工作面煤流负荷量的因素

工作面煤流负荷量虽难以计算，但其与采煤机及液压支架的实时运行状态有关如表1：

表1 影响工作面煤流负荷量的因素

从数据积累记录可以基本确定这三个参数相互关联，可以通过模型和算法找出其关系。如下图为三参数的数据曲线，数据图中曲线1 为采煤机速度、曲线2 为采煤机位置、曲线3 为运输机电流，再通过收集其他参数信息，可以建立起相关的数学模型。

3 刮板机煤层分布计算方法

根据采煤机实时运动信息和刮板机实时运动信息计算得到一个时间段实时的煤量，根据计算得到一个时间段实时的煤量接着得到该时间段刮板机上实时的煤层高度，并产生实时的煤层高度信号，将实时的煤层高度信号传送给比较模块；根据以下数学模型公式得出煤量信息得到在一个时间段3T 内，采煤机的采煤量Q：

图1 采煤机位置、速度与运输机电流的关系

Q=k2(X-ΔX)*(H-ΔH)*V1平*3T*ρ)

也可以根据下述公式得到在一个时间段3T 内，采煤机的采煤量Q：

Q=k2((X-ΔX)*(H-ΔH)*V1平*3T*ρ-Q2))

其中k2是设定的其他影响因子造成的煤量损失值，x是采煤机割深，△x是设定的液压柱推进造成的误差值，h是采煤机割高，△h是设定的采煤机刀头上下波动造成的误差值，ρ是设定的煤层的密度值，V1平是采煤机平均速度、采煤机电流变化造成的煤量误差，Q2是根据公式Q2==k1得到，k1是采煤量的影响因子，△I是采煤机电流的变化量。

最优的，所述计算模块将计算得到一个时间段实时的煤量代入以下公式得到实时的煤层高度h：

其中ρ 是设定的煤层的密度值，V2是刮板机速度，d是设定的刮板机的宽度值。

4 刮板机煤层分布计算及煤层高度控制

采煤机参数采集模块实时采集采煤机的运动状态，并产生采煤机实时运动信息，将采煤机实时运动信息传送给计算模块，刮板机参数采集模块实时采集刮板机的运动状态，并产生刮板机实时运动信息，将刮板机实时运动信息传送给计算模块，计算模块计算得到一个时间段实时的煤量，得到该时间段刮板机上实时的煤层高度，并产生实时的煤层高度信号，将实时的煤层高度信号传送给比较模块；比较模块根据每个采样周期内刮板机上实时的煤层高度与设定煤层高度进行比较，刮板机速度控制模块响应比较模块发出的信号后改变刮板机的运行速度，达到控制刮板机煤层高度，保持刮板输送机上煤均匀分布的目的。其控制流程如下：

图2

5 结论及存在的问题

该控制方法和控制策略作为刮板机煤量的控制，能够大幅提高刮板机的煤量和功率的效能最大化。在后期的应用过程中由于各个煤矿工况条件千差万别，实际使用过中需要先期进行人为修正模型，随着系统自学习和自判断的完善和大数据的积累，该计算方法和控制方法必将会发挥更好的效果。