煤矿采煤机智能化关键技术探析.docxVIP

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煤矿采煤机智能化关键技术探析

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摘要：在煤矿综采作业中，采煤机是最关键的设备。只有实现采煤机的智能化，才能实现综采作业智能化。智能化要求采煤机可以根据煤层条件和自身状态实现自动调整。在采煤机智能技术中，智能控制和状态感知是核心技术。当前，国内综采智能化主要是对采煤机的定位技术和记忆截割技术进行研究。目前国内虽然已经有部分带记忆截割功能的采煤机，但是由于技术不成熟，问题颇多，需要进一步研究。

关键词：煤矿综采；工作面；智能化采煤机

中图分类号：TD512文献标识码;A

1采煤机状态感知技术

1.1采煤机定位技术

采煤机按照刮板输送机的导轨走向确定行走轨迹，对液压支架的自动调直有直接影响，也对作业面煤壁的截割笔直程度有决定作用，同时也为截割滚筒自动调高提供参考。所以，在采煤机综采作业智能化中，地质空间三维定位是核心技术。当前，主要运用无限传感网定位、红外线定位、地理信息系统定位以及超声波定位等作为采煤机定位原理。本文主要是基于地理信息系统定位进行研究。基于地理信息系统（GIS）对采煤机进行定位定姿的技术原理如图1所示。通过在采煤机上安装惯性导航装置，实现对采煤机姿态和行走方位的确定；通过在机身铰接轴和摇臂上安装轴编码器，对摇臂的旋转角度进行测量；通过在采煤机行走部位安装轴编码器，对其行走速度和距离进行测量。

1.2煤岩界面感知

自然成藏的煤层边界一般都是不规则的，底板岩石上升、顶板岩石下陷以及煤层夹岩石情况非常普遍，如果不能做到煤岩界面自动识别，就无法真正实现无人化综采。当今世界上主要的煤岩界面识别技术有雷达探测、r射线探测、激光探测等。最近几年，多参数协同感知法在综采作业中运用比较广泛，效果也比较理想。这种方法主要检测的状态参数有采煤机的摇臂震动、滚筒转矩、驱动电流、支撑油缸压力以及截割噪声等，通过径向基函数神经网络（RBF）将多个传感器的检测结果融合到一起，最终对煤岩进行准确的识别。

2采煤机数字化系统和实现

采煤机数字化的过程包括数据采集、数据分析处理、数据可视化、数字化控制、数字化通讯等环节。采煤机上的所有控制功能都是建立在对数据采集的基础上，因此数据采集非常重要，图2是采煤机配置的典型传感器。电控系统中配置的主要保护功能有:三相负荷预警及保护、温度预警及保护、漏电检测及保护、截割恒功率控制功能等;其它的检测功能有瓦斯检测、摇臂倾角检测、机身倾角检测、采煤机的位置检测、水流量检测、油压油温检测、运行数据存储、参数设置、运行状态参数实时显示等。数字化系统包括采煤机模型数字化、运行环境监测数字化、运行状态监测数字化、电机管理与控制数字化、位姿监测数字化等五个部分，如图3所示。

图2采煤机典型的传感器配置

图3采煤机数字化系统

2.1采煤机模型数字化

采煤机模型数字化是指将采煤机的零部件进行数字化处理，建立采煤机数字化模型。采煤机数字化模型能够反映采煤机的外形尺寸，各个零部件的连接关系，减速机构的传动关系等。采煤机数字化模型是后继实现监测数据可视化、远程虚拟操控、防碰撞检测的基础。

2.2采煤机运行环境监测数字化

采煤机运行环境包括采煤机外部环境和内部环境，其中外部环境指综采工作面瓦斯、通风和人员定位状况等，内部环境指电控箱温度、湿度，冷却及喷雾水流量和压力，液压油温和油位，液压系统压力等。外部环境反映采煤机所处的工作环境情况，直接决定是否具备采煤机运行条件，而内部环境表征采煤机各构成部分的运行健康状态，决定能否安全高效采煤。电控箱温湿度监测是在电控箱内布置温湿度传感器，实时采集电控箱内部温度、湿度信息并在人机界面提示，控制系统根据设定的保护阈值，执行降容运行、预警提示、保护停机等相应的控制指令;采煤机在冷却和喷雾水路中安装了水流量传感器，采集各路水流量信息;油温、油位传感器安装在采煤机泵箱中，进行油温、油位检测并执行相应的保护;油路上安装压力传感器，监测液压系统压力;采煤机外部安装有瓦斯传感器，其将瓦斯浓度信息，转换为电流、电压、频率等模拟量信号，经系统软件处理，当瓦斯浓度超过1%时，系统预警，超过1.5%采煤机主动断电。

2.3运行状态监测数字化

运行状态监测数字化是对采煤机空载或负载运行时各个部件的运行情况进行监测，安装在采煤机部件上的各个传感器采集采煤机运行数据，通过检测数据反映采煤机运行状态。如图4所示。(1)在摇臂和牵引部安装温度传感器，通常是PT100，实时采集摇臂和牵引部主要位置的温度。(2)通过振动传感器，采集传动系统关键部位振动信号，利用振动测试与诊断技术通过对振动信号的分析，识别和预测设备的机械故障。此方法能够诊断机械传动不平衡