综采工作面采煤机割煤高度与牵引速度控制研究

郝 赟

（西山煤电西曲矿，山西 古交 030200）

引言

随着矿井采掘设备综合自动化、智能化程度的不断提升，采煤机运行控制精度更高，采煤机割煤过程中若发现异常情况，通过调节采煤机牵引速度或者截割高度可确保采煤工作平稳开展[1-3]。对采煤机割煤工作影响因素多样，在实际生产过程中应根据现场实际情况调节采煤机割煤高度及牵引速度，若频繁调整割煤高度则会影响煤炭采收率，导致采空区内遗煤量增加；频繁调整牵引速度，则导致采面煤炭产量出现明显波动，在采面回采时在满足生产前提下应尽量保证采煤机平稳回采[4-5]。同时随着采煤机截割控制技术及截割齿强度、硬度增加，当采煤机滚筒截割遇夹矸时（夹矸硬度及厚度较小），无须调整采煤机截割高度，仅需适当降低牵引速度即可，若频繁地对截割高度及牵引速度进行调节，则会在一定程度上影响采煤机工作效率及稳定性[6-9]。因此，为降低频繁调整对采煤机运行的影响，本文基于BP网络及RS理论对采煤机割煤高度及牵引速度进行协同控制。

1 协同控制系统构建

1.1 协同控制系统结构

构建的协调控制系统主要适用于智能化综采工作面，在无人值守状态下采煤机可依据截割煤层地质条件智能调节采煤机牵引速度及滚筒割煤高度。综合使用BP网络及RS理论分析采煤机运行状态。当采煤机运行出现异常时，系统会发出控制指令调整滚筒截割高度、牵引速度等，使采煤机始终处于平稳运行状态。具体构建的协筒控制系统结构如图1所示。在协同控制过程中，控制指令会影响整个系统稳定性及采煤机工作效率，为此通过控制指令优先级方法来调节协同控制系统。

1.2 控制指令优先级确定

图1 协调控制系统结构框图

当采煤机运行出现异常时，可向采煤机发出控制指令调整采煤机运行状态，提高采煤机运行可靠性。为提高采煤机运行稳定性并使得工作面顶底板平整，便于后续顶板管理，文中结合以往研究成果提出用FL-EKB库（模糊逻辑-专家知识库）来确定控制指令优先级。在综采工作面煤炭回采时采煤机控制指令包括摇臂恒定、摇臂上升及摇臂下降等。

采煤机运行状态评价可通过分析截割电机、牵引电机状态实现；具体电机运行异常表现包括电机电流异常、温度异常及报警等。当采煤机运行出现异常时，系统结合监测参数特征及FL-EKB库确定控制指令优先级，从而确保采煤机始终处于安全、合理的工作状态。具体确定的采煤机控制指令优先级如下页图2所示。

1.3 控制流程

根据确定好的控制指令优先级，确定割煤高度与牵引速度协同控制流程，控制流程主要调节采煤机牵引速度，并辅助调节截割滚筒高度。协调控制依靠分析采煤机工作状态参数实现，当采煤机截割矸石或者顶板时往往引起电机电流出现显著变化；通过推理模型系统实现采煤机牵引速度调整，若采煤机在较短时间内即可恢复原有工作状态，则无须调节割煤高度；若采煤机异常状态长时间无法恢复，则需要调节采煤机滚筒高度。

图2 控制指令优先级

2 工业应用分析

分析系统协调性及稳定性，在山西某矿3506综采工作面进行试验分析。对采煤机控制系统硬件进行补充，增加本安型无线交换机、机身及摇臂倾角传感器、电流传感器、位置传感器等。具体系统方案如图3所示。

图3 截割高度与牵引速度协同系统方案

当采煤机按照预先规划路径进行回采时，采煤机右侧截割电机输入电流稳定在46 A，牵引速度稳定在4.5 m/min；当采煤机机身位置推进至102.6 m点位置时（如图4中A点位置），截割电机电流由46 A快速增加至56 A，且采煤机摇臂也出现不同程度抖动，此时远程控制平台采煤机运行状态评估模块上显示“右截割电流波动”，系统会自动发出控制指令并将采煤机牵引速度降低至3.2 m/min，系统调节右截割电流平稳并恢复至正常值；当采煤机位置移动至107.6 m时（如图4中B点位置），右截割电流明显增大至75 A，此时远程控制平台采煤机运行状态评估模块上显示“右截割电流波动”，依据预先设定的控制指令准则，向采煤机发出“右臂下降”控制指令，具体将右侧割煤滚筒截割高度控制在3.8 m，采煤机牵引速度调整至3.0 m/min，此后右截割电机电流降低至50 A，采煤机平稳运行。具体远程控制平台采煤机运行状态评估模块显示界面如图5所示。

图4 采煤机割煤高度及电流监测曲线

图5 远程控制平台采煤机运行状态评估模块显示界面

经由现场工业试验分析得出，综采工作面采煤机可依据预先规划路径平稳运行，并且可依据现场监测结果对采煤机异常原因进行判断，并依据判定结果向采煤机发出控制指令，从而实现采煤机滚筒截割高度与牵引速度自动协调的目的。

3 结语

智能化是提高煤矿生产效率、减少井下作业人员数量，对提升煤矿安全高效生产的主要途径之一。综采工作面内存在粉尘浓度高、作业环境恶劣、安全风险大等问题，无人化智能综采工作面构建可实现采煤机远程操控并依据预先设定系统实现采煤机自动截割。为进一步提高智能化综采工作面生产效率，减低采煤机磨耗及故障发生率，对采煤机牵引速度、截割高度协调控制系统展开研究，对系统结构与控制流程等进行分析，并通过综合使用FL-EKB库来确定控制指令优先级。

在山西某矿现场工业试验表明，本文所提截割高度、牵引速度协同控制系统可依据现场情况对采煤机截割高度、牵引速度等进行调节，自动提高采煤机可靠性。