煤矿采煤机自动化与智能化技术探究

前言：本站为你精心整理了煤矿采煤机自动化与智能化技术探究范文，希望能为你的创作提供参考价值，我们的客服老师可以帮助你提供个性化的参考范文，欢迎咨询。

摘要：采煤机是煤矿生产运输的重要工具，煤矿企业应该充分重视采煤机的技术改造，建立并完善采煤机自动化与智能化技术系统。结合技术化、智能化发展大背景，指出煤矿采煤机发展现状，对滚筒采煤机自动割煤控制系统的构成部分及功能进行了阐释，从监控通信技术、故障诊断技术、记忆截割控制技术和自动调高技术四方面具体介绍了采煤机自动化与智能化技术的应用，并对采煤机自动化与智能化技术未来的发展趋势做出了展望，希望能够为实际工作中采煤机自动化与智能化技术水平的提升提供一定的思路。

关键词：煤矿；采煤机；智能化；自动化

若想保证中国巨大的煤炭需求量，就需要不断地更新与改造煤矿生产运输设备。采煤机作为重要的开采机器，其自动化与智能化系统的构建对于提升煤炭开采量、规范煤炭开采流程以及保障采矿工人的人身安全起着重要的作用。现如今，许多煤矿企业已经认识到采煤机具备的自动化与智能化功能的重要性，但应用的机型范围还不够广泛，技术方面还需要继续完善。因此，本文以采煤机的自动化与智能化技术为主要的研究内容，希望能够引起更多煤矿企业的重视，促使其投入更多的人力与物力去进行采煤机技术改造，实现采煤机的高度自动化与智能化。

1采煤机发展现状

由于中国对煤炭资源有着较高的需求量，煤矿企业不断地研发与更新开采机电设备，试图通过设备技术的更新实现煤炭资源的高开采率和高利用率。采煤机作为煤炭生产运输的重要工具，也应顺应信息技术的潮流逐渐向自动化、智能化、流程化、多样化方向发展。目前前景较为广阔、自动化水平较高的采煤机类型是滚筒采煤机，滚筒可放置在截割电动机的水平或垂直方向，进而提升运输速率。煤矿企业还需要积极推进采煤机的升级改造，提升其自动化、智能化水平。

2滚筒采煤机自动割煤控制系统的设计

构建采煤机自动化与智能化控制系统将成为发展的必然趋势，此系统主要由动力系统、电气控制系统和工控机操作系统等组成。动力系统为采煤机自动化与智能化控制系统运行提供电力支持；电气控制系统主要由工控机、启动操作部分、键盘控制部分、智能保护部分等组成。以滚筒采煤机的自动割煤控制系统为例，其主要是由各单元模块构成，涉及主控、自动控制、各类执行单元和数据传输单元。其工作流程大致为：借助传感器实时进行机械传动、环境监测等，并将数据信息传递给采煤机主板。在具体的控制硬件参数的过程中，需要借助采煤机和继电器的开关、灯光控制信号，控制板可分为多种类型，例如较为常见的电气控制板、液压水路控制板[1]。滚筒煤机自动割煤控制系统的核心是智能算法，中央控制器是其中心部件，可以收集识别数据、命令指令进行割煤处理、传输结果处理。滚筒采煤机具体的远程控制系统设计示意图如图1所示。

3采煤机自动化与智能化控制系统的功能

采煤机自动化与智能化控制系统的功能可概括为以下几个：a)控制模式多样化，包括点动、单控和联控控制模式。b)具备高压供电控制模式。采煤机需要由专门的电网提供电能，供应电压一般为6kV10kV/，系统还需配置相应的隔离开关和配电装置。c)兼具变频与软启动的控制功能。软启动装置要设置相应的RS485标准通信接口和协议，实现多种方式的启动。d)智能化保护作用。借助工控机进行信号的传输，可以对电机截割和牵引进行保护。

4采煤机自动化与智能化控制系统的关键技术

采煤机自动化与智能化控制系统包含有多方面的内容，其关键技术涉及以下几个方面。

4.1监控通信技术

煤矿开采活动较为复杂，工艺程序烦琐。为了保证煤矿开采顺利进行，需要对全过程、全阶段进行监控并及时传达信息，而这需要完善的监控通信技术作为支撑。采煤机上安装有各类通信设备，借助高压动力载波法，向控制台发送采煤作业信息，遵守TCP/IP（TransmisionCntrolPotocol/InternetPotocol，传输控制orr协议/因特网互联协议）和UDP（UserDtagramPotocol，ar用户数据报协议）等控制协议实时获取并监视巷道内采煤机运输设备工作状态，并且可以将获取的数据传输到矿井综合数据网，从而实现远程操作。虽然监控通信技术的应用对煤炭开采的安全性和高效性有所保障，但是技术的成熟运用还需要进一步的研究[2]。

4.2故障诊断技术

采煤机的结构较为复杂，故障现象也较多。为了能够第一时间找到故障来源，需要应用故障诊断技术，其可以辨别采煤机是否发生异常或故障，为技术人员的维修提供数据支持，提高维修的成功率，缩短维修时间。需要注意的是，在运用故障诊断技术的基础上，还要清晰掌握常见的几种故障类型，对故障进行分辨别处理。例如：轴承温度过高、截齿断裂属于机械故障，牵引无力、油压过低则是液压故障的表现形式，电气故障则包括变频器故障、保护未启动等。传统故障诊断技术是基于阈值进行诊断，局限于电气系统和液压系统，随着技术的进步，其故障定位精确性不高等弊端越来越明显，无法立即判断出故障部位。因此，发展基于专家系统的故障诊断技术（见图2）成为煤炭行业发展的必然需求。基于专家系统的故障诊断技术运用了多种先进算法，如ELM学习方法、分层索引方法，解决了应用领域局限、知识理解能力差等难题。从图2可以看出，采煤机故障诊断专家系统借助本体编辑器和规则编辑器形成专业的故障知识和规则库，故障库的存在是基于采煤机领域专业知识和专家经验，因此能够第一时间推测故障机理，从而进行下一步的维修工作[3]。

4.3记忆截割控制技术

基于记忆截割的智能控制技术主要有三种表现形式，分别为状态控制、姿态控制和牵引控制。状态控制主要就是在开采活动中截割煤壁上的煤块，借助破碎部把煤块打碎成较小块，并在逻辑传感器中添加破碎机和截割机的各类信号，如启动信号、制动信号等，保持二者的联动状态。姿态控制是指高度控制采煤机机身和滚筒角度，随时调整机身角度。其实质就是在收集判断采煤信息的基础上对滚筒进行调高控制，具体的判断方法有煤岩识别法和记忆截割法，二者各有所长，适用的开采环境条件也不尽相同。煤岩识别法是直接用γ射线预测煤岩界面，对传感器质量标准有严格的要求，在具有明显特征的煤层中运用效果更好[4]。记忆截割法是一种间接方法，在顶底板变化不明显的煤层使用效果较好，但是需要专门人员进行操作指引，自动化程度有待提升。牵引控制具体包括三种方式，依次为电磁转差离合器调速、开关磁阻电机调速和交流变频系统调速。这三种方式发展前景较好的是开关磁阻电机调速。

4.4自动调高技术

应用自动调高技术能够灵活调整采煤机高度，优化采煤机性能，更好地满足采煤需求。记忆路径跟踪、自适应调高二者构成了自动调高技术系统。记忆路径跟踪通过收集数据信息，排除故障隐患，从而达到一个科学、合理的采煤机高度；自适应调高则需要借助PLC（ProgrammableLgicCntrolooer，可编程逻辑控制器）诊断煤层截割负载异常情况，优化调整滚筒高度[5]。自动调高技术能够更好地处理与应对复杂的开采环境，准确分析、判断与调整采煤机的截割状态、滚筒高度以及顶板位置等，从而降低企业的经济损失，减少安全事故的发生。就滚筒高度来讲，若高度不合适，顶板的切割部位不当，则会加剧齿轮的磨损与消耗，缩短采煤机的使用寿命，更为严重的是，可能会在高瓦斯采矿区引发瓦斯爆炸事故。这些情况的出现都需要应用自动调高技术加以处理。

5采煤机自动化与智能化技术发展方向

结合时代需求，大体预测未来采煤机自动化与智能化技术将会向精细化、智能化和专业化方向发展。采煤机自动化与智能化技术以计算机为载体和支撑，对人力的依赖性会慢慢降低，未来计算机信息技术将会更加成熟和精细。相关操作人员也要具备从业的高要求，不仅要精通计算机知识，还要掌握采煤机各个部件的维修技能，具备处理应急事件的能力等。

6结语

总而言之，采煤机自动化与智能化技术是顺应时代发展趋势、实现煤矿企业转型发展的关键技术，它具备高切割效率、高利用率及低劳动强度等优势，应用前景广阔，值得进一步推广。因此，煤矿企业应该不断地对采煤机系统进行优化调整，借助自动化与智能化技术占据市场优势位置，在保证开采产量的同时设定高智能化生产程序，促进企业的转型进步。

作者:宋凯 单位:华阳新材料科技集团有限公司二矿