智能综采作业中采煤机关键控制技术研究

张进忠

（山西忻州神达南岔煤业有限公司， 山西 宁武 036700）

引言

采煤机是一种集机、电、液于一体的大型机械设备，也是煤矿井下智能化综采作业的核心装备，主要通过控制系统来实现摇臂的上下移动完成割煤动作，同时需要进行数据通信控制、远程截割控制及喷雾降尘等，其工作的稳定性和可靠性直接决定了煤矿井下综采作业的效率和安全性。目前多数采煤机研究方向主要是对于智能截割控制系统的研究，较少涉及到采煤机实际工作时调高系统、数据通信系统、远程控制及喷雾降尘等关键技术。因此本文对采煤机的关键技术点及实施方案进行了分析，为进一步深化采煤机自动控制研究、提高采煤机工作时的稳定性和可靠性奠定了基础，对实现综采面的无人化综采作业具有十分重要的意义。

1 采煤机自动调高控制及数据通信

采煤机自动调高控制系统主要用于控制采煤机摇臂的升降，满足截割机构的截割作业需求，而实施调高控制的基础在于对调整高度的精确监测。通过对多种调高监测方案的研究，最终确定采用在摇臂调高油缸内设置高精度的位移传感器，在采煤机摇臂处设置角度传感器，通过双传感器测定来实现对采煤机摇臂高度的精确监测[1]，传感器的位置监测误差在±1 mm 以内，其工作时的位置记忆精度达到了±5 mm。在工作时设置在油缸内的位移传感器通过监测执行油缸伸出的长度，根据预设的三角形模型来测算采煤机摇臂的截割高度。

角度传感器设置在摇臂和机身之间，通过测量摇臂的调高角度，再利用三角形边长计算方法，来实现对采煤机摇臂截割高度的确定。由于角度传感器裸露在外，因此极易被综采作业时的煤块和落煤冲击，导致失效，为了提升角度传感器的工作稳定性和可靠性，特设计了角度传感器保护装置，确保传感器工作时的可靠性和使用寿命，该保护装置结构如图1所示。

图1 传感器保护罩示意图

采煤机在截割作业过程中其自动截割控制、远程截割控制以及智能控制等均包含了大量的传感器和通信中心，需要在瞬时传递大量的数据。由于井下环境恶劣、电磁干扰严重，极易导致数据传输信号被干扰失真，因此需要通信系统具有极大的瞬时流量和极强的抗干扰能力，满足通信可靠性的需求。在对多种数据传输方案进行分析后，最终确定了CAN 数据总线传输模式[2]，所有的通信接口均采用本安接口，数据通信协议均采用RS485 通信协议，满足数据传输可靠性的需求。

2 采煤机远程自动化控制

采煤机在自动截割作业过程中极易出现片帮异常，影响煤矿井下的正常综采作业，目前通常需要人工在井下进行巡检，人工控制采煤机的启动、停止和调整，不仅工作量大而且易遗漏。因此本文提出了一种采用远程双回路互锁的远程自动控制方案，其控制原理如下页图2 所示[3]。

图2 采煤机远程自动控制原理图

当采煤机需要远程启动时，系统首先接通控制开关P，然后远程启动控制开关K1接通，使采煤机上的远程先导回路接通，控制采煤机的远程启动，当系统需要远程关闭时，同样先接通控制开关P，然后远程停止开关K2和继电器K3先后接通，控制采煤机停止运行。当需要在井下对采煤机的启动和运行进行控制时可以通过系统上的就地启动和就地急停按钮来控制，满足采煤机在不同情况下控制灵活性的需求。

通过该采煤机远程自动控制系统，能够实现对采煤机综采作业的远程调控，进而提升采煤机在综采作业时的安全性，并可减少2 名综采面巡检人员，提高了综采的经济性。

3 采煤机喷雾降尘系统

采煤机在截割作业时会产生大量的粉尘，不仅造成综采面能见度低下而且还严重影响了综采作业人员的身体健康。因此，为了进一步提高降尘效率，本文提出了一种新的采煤机外喷雾装置，该装置主要包括了喷雾装置、高压管路主储水装置等构成，根据喷雾需求，高压管路的气源选择可调式高压泵，管路采用了从20 mm 渐变到15 mm 的变管径管路，从而保证喷嘴处能一直保持10 MPa 以上的喷雾压力，最大限度地扩展喷雾降尘范围，提高降尘效果。

传统的喷嘴直径通常采用1 mm 的小喷嘴，虽然能够保证较好的喷射范围和雾化能力，但当其不工作时极易被堵塞，需要频繁地更换。本文通过研究定压力下不同直径喷嘴对喷雾降尘效果的影响，最终确定采用1.5 mm 口径的喷嘴，实现了喷雾效果和防堵塞效果的最佳统一。

根据实际应用表明，新的采煤机喷雾降尘系统能够将综采面的粉尘浓度降低85%以上，对提升综采面综采作业安全具有十分重要的意义，该新型采煤机喷雾降尘系统结构如图3 所示[4]。

图3 采煤机喷雾降尘装置结构示意图

4 结语

为了提升采煤机综采作业的安全性和经济性，本文对采煤机调高控制系统、数据通信系统、远程自动化控制系统和喷雾控制系统等关键控制技术进行了分析，为进一步优化采煤机关键控制技术、提高控制精度奠定了基础。实际应用结果表明：

1）在摇臂调高油缸内设置高精度的位移传感器，在采煤机摇臂处设置角度传感器，通过双传感器测定来实现对采煤机摇臂高度的精确监测方式，能够实现对采煤机摇臂截割高度的精确监测。

2）CAN 数据总线传输模式能够满足数据传输安全性和快速性的需求。

3）采煤机远程自动控制系统，能够实现对采煤机综采作业的远程调控，进而提升采煤机在综采作业时的安全性。

4）采煤机喷雾降尘系统能够将综采面的粉尘浓度降低85%以上，对提升综采面综采作业安全具有十分重要的意义。