探讨煤矿采煤机的智能化与自动化技术_闵文.pdf

设备管理与维修2023 5（下）0引言煤炭是保障我国居民生活的主要能源之一，确保安全高效的煤炭开采是煤炭企业和相关研究人员的研究重点。为了确保需求，我国相关研究人员有必要不断更新和优化煤炭生产和运输设备。作为煤炭开采以及运输的重要工具，采煤机采集并分析煤炭数据，然后根据分析结果自动采取相应措施。滚筒采煤机作为一种常见的采煤工具，系统自动化及智能化系统在提高采煤量、规范采煤过程、保障矿工人身安全方面发挥着重要作用。近些年来，我国很多煤炭企业已意识到煤机自动化以及智能化对于提高煤炭开采效率的重要性，但其应用范围还不够广泛，技术也有待进一步完善。因此，作为自动化和智能开采研究的主要参与单位，煤炭企业应给予采煤机自动控制系统更多重视，投入更多资源进行采煤机的技术开发与优化，逐步实现采煤无人工作面的高度智能化。1采煤机自动化及智能化技术目前，我国功率较大的采煤机已具备年采煤高达 100 万吨的能力，智能采煤技术位于国际先进水平。而煤机自动化智能控制系统的功能更加全面。首先，煤矿自动化和智能控制有动态、均匀控制、控制协作等模式，自动智能采煤机还具有高压电源控制模式。如果采煤机必须通过专用电源网络运行，且电源电压为 6/10 kV，还需要配备绝缘开关和配电盘等装置。在煤机的操作过程中，也必须由专家进行控制和管理。如果不需要进行煤炭运载作业，在高压配电装置对采煤机进行支持的基础上，可以采取分段电源的方式进行处理。此外，应用自动化与智能化技术的采煤机还可以实现变频软启动控制，其中软启动装置可以采取不同的方式工作，可以根据具体情况合理选择。通常，软启动装置必须安装标准的 RS-485 通信接口，并且必须添加内部标准协议，以确保与控制系统的有效连接和通信。此外，采煤机还可以在系统中实现智能电机保护。智能电机保护主要是电切割、电机推力和泵电机等，在实践中可以与工业控制一起实现信号传输。我国地质条件复杂，煤矿开发面临复杂的地质条件。同时，国内对煤炭的需求不断增长，迫切需要提高煤炭开采效率，更新开采设备。20 世纪 80 年代初，我国煤矿生产仍以分层开采为主，生产技术落后。1984 年，成功地进行了综采作业试验，标志着我国煤炭生产的重大技术进步1。自动化技术在煤炭工程中的应用一直是我国煤炭发展的动力和长期目标之一，煤矿自动化在很大程度上与一些国家广泛用于煤矿开采的液压支架的电液控制相关，并在此技术基础上开发。控制系统的应用支持煤矿的生产效率和生产率，而智能化与自动化技术为我国煤炭生产的水平提供了技术支持。2煤矿采煤机的自动化与智能化系统的应用价值自动化技术的应用是煤炭工程的重大变革之一，大大提高了煤炭开采的效率和安全性，对煤炭行业的发展产生了积极影响。采煤机作为煤炭生产以及开采的高科技设备，一方面对煤矿信息作出详细收集整理以及分类，另一方面可以有效提高煤炭开采以及运输的效率和质量（图 1）。目前，我国煤矿行业生产中正逐步普及并广泛采用自动智能控制，可以有效监控生产设备的实际运行，采集和分析设备的运行参数，以及根据实际需要智能调整参数，确保采煤的连续性、稳定摘要：煤炭机械自动化和智能化需要技术的支持和优化，煤炭企业应重视煤矿采煤机的技术开发与优化，实施和完善煤矿机械的自动化和智能化技术体系。以当前采煤机自动控制系统发展现状为切入点，介绍应用智能化与自动化控制系统对采煤机的重要意义，重点探究滚筒采煤机的智能分析及监控、故障识别、自动截煤、自动调高等关键技术。关键词：煤矿采煤机；智能化；自动化技术；关键技术中图分类号：TD679文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.05D.55探讨煤矿采煤机的智能化与自动化技术闵文，安国斌（铁法煤业（集团）有限责任公司物资供应分公司，辽宁铁岭112300）图 1煤矿采煤机的自动化与智能化系统127设备管理与维修2023 5（下）性以及准确性。自动化技术可以实时监控工作动态、机械设备和系统运行状况，根据程序计算并发出远程控制命令，大大提高生产效率和管理效率。另一方面，采煤机智能化的出现也有效降低了人工劳动力的投入，提高了煤炭开采运输的安全性。煤矿开采作业通常在矿井中进行，环境恶劣，而智能化与自动化技术可以有效改善生产环境，形成全方位的安全防护体系，有效提高安全生产水平。通过智能化与自动控制系统，可以及时检测作业中的异常参数，向技术人员及管理人员发出预警或危险警告，减少额外的维护成本，一旦发生安全事故，它还可以快速定位事故地点、事故原因，根据远程监测通信系统的运行状态，提供疏散方位和疏散指示，为工作人员及时、准确处理工作提供支持，减少损失，增加煤矿企业的经济效益2。3我国采煤机智能化与自动化技术的发展现状3.1智能化与自动化技术不够先进煤炭是一种重要的自然资源，在世界范围内得到了广泛的利用。由于我国人均资源相对匮乏，需要更加重视煤炭等矿产资源的有效利用。现阶段，随着我国煤炭开采需求的不断增长，煤炭相关设备也在不断发展和升级，呈现出自动化和智能化的趋势。通过自动化机械设备提高煤炭工作效率，促使煤炭开采作业顺利开展并完成。但是煤炭开采是存在一定难度和复杂性的工作，涉及到大量宝贵的煤炭资源开采以及运输，如果缺乏高度智能化与自动化系统开发，将很难实施煤炭的开采作业。先进的采煤机智能化系统的应用使技术人员能够在相对短的时间内开采到煤炭资源。然而，我国主要是引进发达国家的采煤机为主，并根据我国煤层的现状进行改进，我国自主研究技术不够发达，也导致其应用达不到预期效果，对提高采煤效率和质量的作用不明显。为了充分利用自动控制系统，需要加大促进采煤机智能化程序的优化。3.2采煤机智能化与自动化技术普及程度不高自动控制系统不仅需要重视先进技术，还需要广泛的普及，否则智能化系统将无法有效提高煤炭开采作业的运行效率。当前我国煤矿形势日趋复杂，智能化采煤机的应用可以有效节省采煤时间，但是普及范围小对智能化系统应用有极大的不利影响。事实上，采煤机本身的智能化应用非常有效，没有得到广泛应用主要是因为目前智能化技术不足，普及程度不高，还需要大量人力和资金来进一步实施和发展。4采煤机自动化和智能化的关键技术探究4.1远程监测及通信技术煤矿开采的工作环境相当复杂，且采煤作业的工作运行时间极长、工作强度非常大。在如此长期且恶劣的环境中持续作业，大大增加了采煤机的故障率。因此，为了最大限度地减少采煤机故障，在采煤机运行中需要运用控制通信技术，实时掌握采煤机的运行状态（图2）。早在20世纪90年代，监控通信技术已被用于采煤机的自动化和智能控制。实际上，通信技术或高压电力载波可以保证信息的传输，但工作效率并不高。目前采煤机主要采用远程监测以及通信技术，其核心技术有监控视频机、远程雷达设备、光纤传输通道以及IP协议等3。在控制通信过程中，计算机应利用防爆计算机以实现及时接收设备传输的图像和信息，安装检测装置，获得煤矿运行的实时图片并实现数据共享，大大提高管理和通信的效率。4.2机载控制技术机载计算机控制技术作为煤矿开发、管理和保护的关键技术，具有高度的现代化和智能化，可以实现煤矿开采全过程的自动化以及该过程的可靠性和安全性。机载控制计算机主要通过逻辑和反馈控制对采煤机设备整体的温度、压力、载荷、流量等图 2煤矿远程监测与通信128设备管理与维修2023 5（下）因素进行监控保护。通过借助机载控制计算机，提供接口、逻辑运算和反馈，实现对设备温度、负载、压力和流量的控制，以及操作员的视觉交互、传感器数据的在线统计和处理，甚至可以扩展音频、视频和雷达数据的处理，并连接到外部网络4。针对煤炭采掘条件恶劣的情况，煤矿采掘工程设计需要重视智能信息的开发和基本控制机制的设计。同时，还可以将图形人界面直接传输给操作员，方便其对相关数据进行统计和分析，并将这些数据以音频、视频和雷达数据的形式传输，确保控制主体的安全可靠。在机载计算机控制技术中，为控制和保护整个采煤机的主体，以单片机和工作单片机为核心的集中控制结构，逐步转变为模块下的网络配电结构，目前可靠性和扩展性都很高，便于操作过程中的维护和后续维护。通过将单片机和控制机的集中控制结构与网络分布结构相结合，使整个机载计算机系统能够在沙尘、湿度高的恶劣地下条件下连续运行，并可连接到部分安全传感器和执行器。这取得了良好的效果，提高了采煤机全部设备的适应性和可靠性。4.3记忆截割技术采煤机的记忆切割技术，是基于智能控制系统控制策略的传感器技术和计算机技术发展的结果。在演示模式下，驾驶员控制采煤机、根据煤炭高度和工作面地形进行截割。而智能控制系统可以记录并分析切割进度位置、滚筒高度、刀具运行位置和牵引速度，找到最佳切割路径，然后启动记忆切割模式5。在智能系统的控制下，采煤机操作系统自动监控先前的截割位置并分析出合理的切割路径，实现切割过程的智能化和自动化。当采煤机的运行状态发生明显变化时，自动控制系统会发出预警，提醒操作采煤机的技术人员进行手动控制开采作业。智能化控制系统还会自动记住更改工作参数之前存储的数据，为后续切割和改进滚筒调高提供数据支持。该操作程序可用于手动干预的自动操作，并且有利于技术人员及时设置滚筒的位置，而不受存储数据和切割机操作状态的影响。此外，自动滚筒采煤机还有助于识别煤层的基础信息。目前我国滚筒采煤机仍然主要用于记忆切割，无法实现自动化和智能化作业。在实际开采过程中，不同厚度和硬度的煤层通常具有不同类型的煤源，技术人员必须实时监控切割机的运行，以确保顺利开展采煤作业。4.4故障预警技术采煤机的自动化和智能化还体现在故障预警技术中，其根据煤层收集的历史数据和资料，精准分析采煤机关键部件的形状和用途，再通过光纤将这些信息传输到计算机，以进行综合决策。滚筒式采煤机在运行过程中一旦出现故障，通常明显表现为剧烈摇晃或停止运行。在煤层运行过程中，这一问题会导致滚筒式采煤机质量问题或煤层不稳定性问题，这就要求滚筒式采煤机必须具备准确的故障预警方法。采煤机发生故障前防止故障的重要性不言而喻，对于提升采煤效率和质量具有至关重要作用。为有效提高故障预警技术的准确性，首先要找出采煤机装置故障的原因。经过相关故障分析发现，滚筒式采煤机的故障通常由高温或振幅引起。4.5设备间协同和自动化控制技术开采的正常工作面需要采煤机、液压支架、输送机等的密切配合和协调6。这就要求技术人员借助编码或定位红外辐射器来控制液压支架和输送机系统，有关采煤机的运行位置实时信息输入电液支架控制系统，实现机器运行中自动刮板输送跟机和推移，实时掌握机架的速度、方向和位移信息；使用双频雷达检测方法实现切割滚筒和支架上部之间的预警技术7。根据实时组装的刮板输送机和带式输送机的工作负载和相应的设置模型，可以在不同条件下进行调整，如不完全负载、满载、异常过载、挤压等，当运输系统负载较低时可以通过一定的坡度提高采煤机的行驶速度，而负载过大时可以降低速度。4.6自动调高技术自动调高是煤矿自动化的关键技术之一，其核心是煤体边界识别技术。将复杂的碳分离传感器识别方法与智能内存管理相结合，不仅可以补偿单个传感器识别的稳定性、不可靠性和准确性，还可以避免过多地依赖人工行为和监测现象。这种技术方法适用于高性能自动剪刀，是首选的高度调整方法。在采煤机的作业过程中，必须确保其安装精度，以辅助滚筒随着地下层的厚度而发生精准变化。运行过程中，采煤机内部的滚筒通过灵活调整割刀高度来适应煤炭厚度的变化，实现采矿作业的高度安全。自动滚筒采煤机是煤矿开采的主要设备之一，滚筒主要通过调整发动机压力、调整铲刀和切割来调整展开高度8。摆臂调节具有范围宽、灵敏度高、稳定性好等优点，因此得到了广泛应用。例如，以杠杆调节高度的自动调节系统，在采煤过程中通过动态电机驱动或液压泵的辅助，从液压泵的油箱中吸入液压油，并以此通过动作传递压力，最终改变液压泵系统中的压力、由液压控制系统实现高度的自动调节。5结束语随着智能化与自动化技术的发展和进步，我国煤炭开采技术不断深化。本文通过对智能采煤模式及其关键技术的分析，可以支持全面、准确理解智能采煤的基本模式和关键技术，其中智能采煤的信息传输和影像监控技术及煤炭信息判断、分析技术都是采煤机重要的自动化控制技术，设备优化一定要确保采煤机的稳定性和安全性。这对于促进先进技术在煤矿的合理应用，提高煤炭生产的质量和效率，保证全国煤炭行业安全生产具有积极作用。参考文献1宋凯.煤矿采煤机自动化与智能化技术研究 J.能源与节能，2022（6）：109-110，113.2刘燕强.煤矿采煤机自动化与智能化技术研究 J.机械工程与自动化，2021（4）：218-219.3王颖清.煤矿采煤技术的发展与自动化技术应用关键分析 J.能源与节能，2021（7）：219-220.4邱锦波.滚筒采煤机自动化与智能化控制技术发展及应用 J.煤炭科学技术，2013，41（11）：10-13.5张泽鹏.基于采煤机自动化与智能化控制技术 J.矿业装备，2021（6）：46-47.6刘重阳.滚筒采煤机自动化与智能化控制技术发展及应用浅析 J.中国设备工程，2022（3）：193-194.7刘燕强.煤矿采煤机自动化与智能化技术研究 J.机械工程与自动化，2021（4）：218-219.8刘文科.采煤机自动化及智能化控制技术 J.电子技术与软件工程，2019（24）：102-103.编辑吴建卿129