基于煤矿采煤机智能化关键技术分析.pdf

2023 年第 8 期2023 年 8 月煤矿开采过程所涉及的设备比较多，其中采煤机是煤炭开采的关键设备。现如今，人们对煤炭资源的需求量在日益增长，加大了采煤机的开采量。在科技的推动下，采煤机设备也得到了一定的发展，智能化技术的诞生，使得人们对采煤机的研究方向趋向于无人化综采，也就是促使采煤机实现智能化控制。这就要求了解中国煤矿的地质构造，结合掘进工作面的实际条件，使采煤机具有自动调整煤层截割作业的能力，在此过程中会涉及智能控制、智能感知及智能截割等先进的构件和技术。采煤机智能化关键技术的应用不仅可以提高生产效率，还可以提高综采工作面的安全性，保障作业人员的生命安全，促使煤炭行业发展更加智能化、现代化。1煤矿采煤机智能化关键技术发展现状目前，中国的煤矿采煤机智能化技术已经得到了很大程度的发展，甚至位列前茅，高功率采煤机设备的应用，使年采煤量可达千万吨。采煤机是综采成套设备当中最重要的设备之一，前身为截煤机，是集机械、电气、液压于一体的大型复杂系统。通常情况下，煤矿的作业环境相对恶劣，在受到各方面的影响后可能会发生故障，一旦有故障发生，煤矿的开采工作就要暂停，影响了煤矿的生产效率和经济效益1。除此之外，采煤机智能化最大的特点就是机械化和现代化程度较高，若能够对采煤机进行科学、合理的利用，最大程度发挥其作用，就可以降低作业人员的劳动强度和人员数量，减少因人工操作导致的安全事故，提高煤矿的开采效率和能源的利用率。但是，在实际应用时，采煤机智能化关键技术依旧存在一些不足之处。2煤矿采煤机智能化关键技术不足之处2.1无线网络传输技术缺乏合理性为了保证采煤机顺利工作，需要在井下设置无线网络，并且不断地科学优化网络的传输性能。在煤矿开采管理工作中，由于部分无线网络传输技术人员在设置时未充分分析综采工作面的实际情况，在布置无线交换机的过程中，没有结合矿山资源的具体情况做好无线网络传输技术设备的配置管理，导致无法为无线网络传输设备工程技术价值的发挥提供全方位的服务条件。同时，在设计无线交换机装置技术时，相关人员没有重视网络渠道的建设工作，没有用科学的方法分析采煤机工作中的各种参数，无线网络传输技术不能保证实际使用过程中数据的可靠性和稳定性2。另外，在操作中，操作者没有深入研究无线网络的具体设置，也没有精准分析采煤机参数信息，导致不能够为采煤机的优化控制提供数据资料和视频资料。这些问题的存在导致为采矿作业设定的方案不能满足作业标准要求。收稿日期：2022-12-27作者简介：张建勇袁 1975 年生袁 男袁 山西平定人袁 工程师袁 主要从事煤矿安全管理工作遥基于煤矿采煤机智能化关键技术分析张建勇（山西华阳集团新能股份有限公司安全监察局，山西 阳泉 045000）摘要：煤矿生产中引入先进的设备和技术是必不可少的袁 现如今智能化技术的发展能够进一步满足煤矿企业发展的需求袁 采煤机智能化关键技术的应用对煤矿的发展起着重要的作用袁 可以全面推进煤矿实现无人化开采遥 主要介绍了煤矿采煤机智能化关键技术的发展现状和不足之处袁 重点分析了几种采煤机智能化关键技术遥关键词：煤矿曰 采煤机曰 智能化关键技术中图分类号：TD421.6文献标志码：A文章编号：2095-0802-(2023)08-0130-03Key Technologies for Intelligent Coal Winning Machine in Coal MinesZHANG Jianyong(Safety Supervision Bureau,Shanxi Huayang Group New Energy Co.,Ltd.,Yangquan 045000,Shanxi,China)Abstract:The introduction of advanced equipment and technology in coal mine production is essential.Nowadays,the developmentof intelligent technology can further meet the needs of coal mining enterprises.The application of key intelligent technologies forcoal winning machine plays an important role in the development of coal mines,and can comprehensively promote the realizationof unmanned mining in coal mines.This paper mainly introduced the development status and shortcomings of key technologies forintelligent coal winning machine,with a focus on analyzing several key technologies for intelligent coal winning machine.Key words:coal mine;coal winning machine;key technologies for intelligence（总第 215 期）技术研究1302023 年 8 月2023 年第 8 期2.2自适应牵引力控制系统设计不全面在设计自适应牵引力控制系统时，关键是确保采煤机设备的合理使用。但是，部分研究人员在对采煤机自适应牵引力控制方法和技术进行深入研究的过程中，未全面考虑煤矿的开采环境，尤其是截割阻力方面，导致无法保证采煤机的牵引速度，而且自适应牵引力控制系统在实际工作流程中不能用于管理牵引力控制技术和方法的细节。设计自适应牵引力控制技术时，没有重视采煤机设备运转能否达到稳定的状态，同时也没有严格要求滚筒等加工设备，使得实际运用自适应牵引力控制技术时无法满足采煤机截割要求，也不能改善截割环境3。除此之外，设计时未重视采煤机的牵引电流，通常难以有效地进行截割电流的控制，因此也不能有效地应用自适应牵引力控制技术，同时对截割条件也缺乏经验。2.3采煤机截割路径的规划有着明显不足采煤机截割路径的合理规划是保证采煤机适应采煤环境、开展良好采煤工作的关键，也是提高采煤机智能化程度必不可少的部分。在路径规划中，需要专业技术人员准确、全面地分析采煤机截割滚筒的特性，特别要判断煤层厚度。但是，目前在采煤机使用时，一些煤矿企业不能很好地规划采煤机截割路径，无法满足合采煤机的具体需求。3煤矿采煤机智能化关键技术类型3.1采煤机状态感知技术3.1.1采煤机的定位感知采煤机工作时，刮板输送机的导轨决定其实际运行轨迹，采煤机的工作范围和行走轨迹直接影响工作面煤壁截割直线度和液压支架的自动校准。煤矿实现无人化开采最基本的要素就是定位系统，地质空间三维定位是核心技术。现如今，较常见的采煤机定位技术包括地理信息系统定位、超声波定位、无线传感网定位及红外线定位等。应用地理信息系统定位技术（见图 1）时，采煤机不同位置上安装的轴编码器会发挥不同的作用，若将采煤机安装在行走部位，则可测速度和行走距离；若安装在摇臂和机身铰接轴处，则可测摇臂的旋转角度；若安装在机身处，则可获得其位置和姿态信息4。3.1.2煤岩界面的感知由于煤层具有不规则性，而且普遍有煤层夹岩、顶板岩层下沉、底板岩层抬升的现象，这就使得采煤难度加大。煤岩界面自动识别技术对智能化开采非常重要，也是煤矿实现无人化开采的基本前提，其中比较常见的煤岩界面识别技术包含酌射线探测、激光探测、雷达探测等。近些年来，通过不断的探究和研发，多参数协同感知方法在煤岩界面识别中取得了一定的效果，因此得到了广泛的应用5。该方法利用径向基函数神经网络，通过监测采煤机的截割噪声、支承缸压力、滚筒扭矩、摇臂摆角等状态参数，融合多个传感器的监测结果，达到对煤岩界面准确识别的目的。图 1采煤机地理信息系统定位技术原理图3.1.3采煤机的故障感知通常采煤环境恶劣且工作强度比较大，如果采煤机出现超载运行，那么很容易发生各种故障。过去，人们诊断采煤机故障时主要通过现场检查和工作经验来确定，但是这种方式具有很多不足之处，具有主观性和不准确性。采煤机智能化应具备收集数据和传输数据的功能，一旦采煤机设备中的核心部件传感器出现问题，首先对设备标准参数进行比较，快速查找故障原因，保证维修效率和采煤效率。图 2 为采煤机故障诊断模型图。3.2采煤机智能截割技术3.2.1自适应牵引在采煤作业中，智能采煤机采用自适应牵引技术，面对环境变化、截割障碍等情况，根据实际情况对滚图 2采煤机故障诊断模型图摇臂摆角轴编码器 惯性导航 轴编码器姿态与方位行走速度北D-S 证据理论状态诊断整合模块新状态诊断结果及新状态样本归档增加新状态检测器调用实值否定选择算法状态诊断模块发散与漂移样本匹配检测？传感器异常状态检测器数据库传感器整合参数数据库开始访问采煤机传感器数据归一化传感数据集传感数据集一致性检验计算自适应加权最优估计值读取传感器归档检验数据传感器发散度异常？传感器存在漂移？传感器发散与漂移诊断状态设置结束YYNNNY张建勇：基于煤矿采煤机智能化关键技术分析1312023 年第 8 期2023 年 8 月筒进行有效调整，确保截割任务顺利完成，进一步提高开采效率。该技术手段的原理主要是主从式，先用动力促使主变频器运转，后从变频器运转。在设计自适应牵引方案时，相关人员应考虑煤矿开采的环境条件，并深入分析工作面的截割环境，制定能够应对不同截割阻力的相关策略，保证自适应牵引方案合理，充分支持后续开采工作的开展。采煤作业中，有关工作人员应注意采煤机牵引速度，满足采煤机稳定工作的需求，确保自适应牵引工作顺利进行，从而有效提升采煤机生产性能。3.2.2记忆截割现阶段，在采煤作业中，煤层截割的技术手段较多，应用最广泛的就是记忆截割技术。记忆截割技术有三个不同的阶段：1)路径记忆，是对采煤机截割路径的一些参数进行记忆和采集并进行有效的处理。2)自适应高度调整。若采煤机运行中煤层突然发生变化，会造成记忆参数与实际运行参数不符，采煤机中的截割滚筒将会对数据误差进行自动调整。3)人工校准。若煤层变化太大，会导致采煤机截割滚筒不能够自动调整，为确保安全，需要对采煤机的操作轨迹进行手动校准，记录校准结果，从而在将来发生相同情况时通过记忆可以使采煤机自动升降。一般煤矿采煤机会将重要记忆点与常规记忆点相结合，有助于记忆准确度的提高，其中，重要记忆点需手动调整，常规记忆点自动调整，可将这两种方式作为采煤机高度调整和自动截割的依据。将智能采煤机用于采矿作业中时，先破碎大煤层然后通过截割部截割煤壁，电动机可以控制截割状态，同时能够很好地识别启动、停止状态的信号6。当共同控制破碎电机和截割电机时，逻辑传感器必须具有启动保护、连锁停止、启动等控制形式，在整体设定破碎构件和截割构件的操作状态后，采煤机可自动操作。图 3 为采煤机截割滚筒高度调节逻辑传感器状态迁移图。3.3采煤机远程可视化监控技术煤矿情况复杂，开展工作风险大，所以加强作业现场安全管理的同时要融入远程可视化监控技术，确保开采安全性。采煤机远程控制主要部分包括参数控制、采煤机远程监控、传感器信息融合、电机启停控制、本地远程控制等，远程监控的核心要素是网络技术和各类传感器，将它们有效结合才能采集、传输数据，有问题时发出报警指令。在技术不断发展进步的情况下，需改进和优化智能采煤机的远程控制系统。为充分了解采煤机运行状态和作业环境，将 3D，VR（Virtual Reality，虚拟现实）技术集成到远程监控系统中，基于采煤机收集的数据构建三维虚拟空间，再利用远程监控平台控制无人采煤机，从而高效实现采煤机的可视化7。3.4无线网络传输技术在采煤作业过程中，采煤机智能化技术的实际应用效果需要得到保证，从而全面提高采煤效率和质量。采煤机设备的应用需求可通过无线网络传输技术来满足，同时，在构建无线网络时，以采煤机使用要求为基准，分析采煤机设备中各种参数的合理性，以此提高相关数据使用的安全性和可靠性。为了使采煤机设备控制器的设计更加科学合理，有效提高无线网络传输技术水平，需要对无线交换辅助装置的资源系统设置进行深入分析8，最大限度发挥采煤监管作用，提升应用效果。4结束语综上所述，采煤机实现智能化开采不仅可以提高设备的生产效率，适应恶劣复杂的环境，还可以提高采煤工作的安全性，因此，探索采煤机智能化关键技术尤为重要。采煤工作要实现无人化，需要充分发挥智能采煤机自动定位、煤岩界面感知、故障诊断等功能，同时加大力度引入先进的技术和设备，进一步升级采煤工作的模式，促使煤矿具备更高的自动化和智能化水平。参考文献：1王月辉.煤矿采煤机智能化关键技术研究 J.机械管理开发，2023，38(1)：257-259.2韦跃辉.基于煤矿采煤机智能化关键技术分析 J.内蒙古煤炭经济，2022(20)：36-38.3张翼.煤矿采煤机智能化关键技术探讨 J.矿业装备，2022(5)：210-211.4杜利伟.煤矿采煤机智能化关键技术 J.矿业装备，2021(3)：206-207.5邢忠会，艾川.煤矿采煤机智能化关键技术分析 J.内蒙古煤炭经济，2022(15)：26-28.6冀杰.基于煤矿采煤机智能化关键技术分析 J.矿业装备，2022(4)：247-249.7苗鑫.煤矿采煤机智能化技术要点 J.设备管理与维修，2020(24)：122-123.8邓文成.煤矿采煤机智能化关键技术探析 J.矿业装备，2022(2)：16-17.（编辑：刘晓芳）图 3采煤机截割滚筒高度调节逻辑传感器状态迁移图滚筒最高限位滚筒调高滚筒高度保持滚筒最低限位滚筒调低调高故障调高停机启动开始/停止调高开始/停止调低换向调节132