采煤机自动调高系统研究及其应用

张晓全

(山西焦煤集团有限责任公司官地煤矿，山西 太原 030022)

0 引言

采煤机是矿业机械中极其重要的设备，它集液压系统、电气系统、机械系统等大型复杂的系统于一身[1]。当采煤机进行工作时，煤层厚度发生变化，采煤机的滚筒也应适时发生改变，这就要求采煤机拥有调高机构，而在一般采煤机中，这一机构都是采煤机液压系统提供动力的。调高机构常常被称作采煤机核心机构，它的性能不仅能够影响采煤机的稳定性，还影响着矿井的生产效率。因此，采煤机自动化调高系统对于矿井生产和发展是十分必要的。文中讨论了采煤机自动调高系统的优点，以及采煤机自动调高系统中液压控制系统的特点；分析采煤机自动调高系统的组成及其原理；探讨采煤机自动调高系统在实践中的应用。

1 采煤机自动调高在煤矿生产中的作用

由于井下工作环境极其恶劣、复杂，并且采煤工作面噪声大、粉尘多，仅仅依靠采煤机司机的眼睛和耳朵是很难准确、及时地判断出采煤机的实际截割状态和顶底板的位置[2]。若因采煤机滚筒的位置调整得过于保守而切割过少，则会导致煤层开采不充分，造成资源的浪费；若因滚筒高度调整不当而切割顶底板，则会加剧截齿的磨损，也会造成采煤机机械、液压及电气系统的零部件的损坏，进而影响整机的可靠性。对于高瓦斯矿井，切割顶底板岩石产生的火花，还极易引起瓦斯爆炸，造成煤矿事故。因此，为解决以上问题，十分有必要对采煤机自动调高技术进行研究。采煤机自动调高不仅可以减轻工人的劳动强度，加强工作面的安全保障，同时还能够提高回采率，减低设备损耗和故障率，因此，对采煤机自动调高的研究意义重大。

2 系统的优点

2.1 采煤机自动调高系统的优点

保持输出功率：采煤机在要求工作的时间内可以保持足够的输出功率，以此来满足转速和力矩的要求，使该系统在工作期间内保持动力充足[3]。

动态特性：采煤机具有较好的动态特性，当受到的载荷较大时，即在大惯性负载的情况下，采煤机具有良好的稳定性。

调负载能力：当采煤机遇到振动、过载、过高过低温情况时，该系统的调负载刚度较大，调整能力较强，能够迅速有效地阻止反操作情况。

使用寿命：该系统还具有寿命长、质量轻、稳定性强等优点，其成本低，使用和维护也较为方便，很利于操作。

2.2 液压控制系统的优点

力矩大：质量轻、体积小，在很小惯性情况下可有较大的力矩。

散热好：具有良好的散热性，液压控制系统中的液压油不仅可以有效散热，还可以对采煤机起到散热作用[4]。

易控制：虽然矿井条件恶劣，空气较为潮湿，工作中存在很多易燃易爆气体，采煤机在调高过程中，机构工作中受到较大的负载影响，但根据液压控制系统的特点，综合调高可靠性和灵敏性等方面考虑，液压控制系统可以较好地适用于采煤机滚筒调高控制方面，形成完善的采煤机自动调高系统。

3 采煤机自动调高系统

滚筒调高机构是采煤机的重要组成部分，它在采煤机进行工作时起着调整采煤机高度的作用，这样可以使采煤机适应煤层厚度的变化，确保矿井进行稳定而又可靠的生产。而对于采煤机自动调高系统来说，它是利用液压系统对采煤机调高机构进行预先的设置，然后当采煤机工作时，采煤机可以根据采场情况进行高度调节。

3.1 采煤机自动调高系统的组成

采煤机自动调高系统主要是由自适应调高机构和记忆路径跟踪机构构成，这2部分将调高液压控制系统和PLC控制系统相连。

记忆路径跟踪是指找由人工操纵采煤机，对煤岩体率先完成进刀，在此期间，采煤机自动调高系统收集采煤机工作时的位置信息以及调高油缸位移传感器的相关数据，然后将收集的数据存入记忆数据库中。之后，采煤机的滚筒高度均根据记忆数据库的相关数据，由PLC控制器，自动控制调高油缸活塞的位移以及控制信号驱动电液压换向阀的动作，形成回路，实现采煤机的自动调高。

自适应调高是指在记忆路径跟踪的过程中，如煤层条件发生变化，采煤机 PLC控制器根据截割负载的异常状态，通过控制信号驱动液压控制系统自动将滚筒调节至适宜高度，并自动记忆调整过的工作参数，作为下一刀滚筒自动调高的工作参数。

3.2 采煤机自动调高系统的工作原理

在煤矿中，采煤工作面一般都采用双滚筒采煤机，而采煤机是通过切割部调节，摇臂调节以及机身调节方式完成采煤机滚筒的调高。这3种调节方式都是利用油缸活塞的伸缩来完成调高这一任务，但它们的调节驱动方式和调节位置有所不同。当前，摇臂调节方式在世界范围内应用的最为广泛，这种调节方式具有调节范围广泛以及调节灵敏度和稳定性高的特点。文中的采煤机自动调高系统采用摇臂式的调节方式，通过液压控制系统实现采煤机的自动调高，如图1为自动调高系统的原理图。

当采煤机进行割煤时，利用电动机来调整液压泵运行，压力油从油箱途经吸油过滤器然后进入液压泵，当采煤机高度无需改变时，压力油流回油池；在采煤机高度由于采场条件变化需要升降时，压力油经调高换向阀进入调高油缸，调高油缸排油腔的油液经调高换向阀回油池，直到滚筒调整到位即调高换向阀停止操作为止。该调高换向阀是手、液两控换向阀的先导阀，是为实现滚筒调高的自动控制的重要机构。在整个液压自动控制调高系统中，双向液压锁起着十分重要的作用。当采煤机处于调高状态，双向液压锁可以实现调高油缸的平稳工作，减小压力波动，增加液压系统的稳定性；当采煤机处于紧锁状态，双向液压锁可以锁住调高油缸两腔的液压油，保持滚筒可以进行正常工作。

当利用液压控制系统进行采煤机自动调高时，它会在遵从记忆切割路径的基础上对滚筒切割到岩石的异常状态做高度的自动调节，不仅可弥补记忆截割过于依赖人的行为所带来的延迟性以及随机性，避免单一传感器稳定性、可靠性差和精度低等所带来的问题，而且能够有效解决采煤机滚筒根据采场条件变化来实现自动调高的问题。

图1 采煤机自动调高系统原理图

3.3 采煤机自动调高系统的应用

平煤六矿由于煤层厚度变化较为频繁，因此，该煤矿引进了采煤机自动调高系统。针对煤矿201采场进行了数据采集，分析以及处理。201工作面采用MG/1130型电牵引采煤机，该采煤机利用液压系统对其实现自动化控制并进行数据采集。每间隔200 ms进行一次数据采集，共有500个采集点，采煤机滚筒高度值共有600个，最终得出调高系统调高误差不超过0.070 m，说明系统的稳定性较好。

4 结语

采煤机实现自动化控制是提高煤矿矿井生产效率的重要手段，也是煤矿发展的必然趋势。文中所论述的采煤机自动调高系统，是利用液压系统实现采煤机摇臂自动控制，从而实现采煤机滚筒的调高。这一系统满足了煤矿生产的需要，配合煤岩自动识别系统对提高矿井生产的效率和煤矿机械的发展水平，具有十分重要的意义。