煤矿井下自动化综采工艺的应用

随着经济社会对煤炭需求量的不断增加，煤炭生产企业之间的竞争不断加剧，现有井下综采作业人员多、自动化程度低的综采模式已经无法适应新形势下的综采作业需求。因此，各煤炭生产企业不断寻求提升井下综采作业效率、减少综采作业人员的新型综采工艺。基于自动化和人工智能控制技术的不断发展，结合煤矿井下综采作业的实际需求，提出了一种新的煤矿井下自动化综采工艺。

1 自动化综采工艺方案

由于煤矿井下的机械化综采作业实际上是以采煤机的截割运行状态为基础，来实现对液压支架、刮板输送机的控制，因此，自动化综采工艺方案的控制逻辑便基于该控制流程，所建立的自动化综采控制系统结构如图1所示。

图1 煤矿井下自动化综采控制系统结构 编辑

由图1分析可知，在该控制系统中，首先对采煤机的综采作业进行自动化控制，控制的基础为记忆截割控制理论，通过该控制方案，实现采煤机在煤矿井下复杂环境中的自动截割作业。系统将采煤机截割作业路径规划传递给液压支架控制装置及刮板输送机控制系统，控制采煤机前后的液压支架在运行过程中自动实现护帮板收放及移架作业，同时根据液压支架的调整情况，结合采煤机的位置和截割作业时的进给速度，实现对刮板输送机直线度的灵活调整，根据采煤机的截割速度实现对刮板输送机运行速度的灵活调整，满足采煤机、液压支架、刮板输送机的联合运行控制需求。

2 液压支架自动调节原理

井下液压支架自动控制的原理首先是精确判定各个液压支架和采煤机之间的相对位置关系，然后结合采煤机截割作业的截割姿态、进给速度等，控制液压支架护帮板的收放，满足自动控制需求。根据液压支架和采煤机的相对位置状态，在采煤机综采作业方向上的前3个液压支架需要完全收回护帮板，第4~5个液压支架的护帮板收回3/4，第6~7个液压支架的护帮板收回1/2，第8个液压支架的护帮板收回1/4。液压支架的动作是通过支架控制器实现的，为了确保对液压支架动作控制的精确性，每个液压支架上均设置1个支架控制器，液压支架的跟机动作如图2所示。

图2 液压支架跟机调节情况

液压支架调节的依据是支架相对于采煤机位置的精确判断。由于煤矿井下地质条件复杂、能见度低下，传统的激光测距定位方案精度差，无法满足自动化控制调节的需求，因此，提出了一种新的组合式的红外测距定位方案。该测距定位原理如图3所示。

图3 红外测距定位原理 编辑

由图3分析可知，该红外测距定位系统由安装在采煤机上的红外线发射装置和安装在液压支架上的红外接收装置构成，红外线传感器安装在采煤机和液压支架的中间部位，在运行过程中采煤机上的发射装置不断发出红外线信号，位于采煤机附近的液压支架上的接收装置会接收到不同强度的红外线信号，通过逻辑控制算法即可解算各个液压支架和采煤机的相对位置状态，然后将相对位置状态信息传递给液压支架上的支架控制器，进而控制液压支架执行相应的控制动作。

3 采煤机、刮板输送机联动控制

刮板输送机根据液压支架的运行情况，在调整直线度需求后，还需要根据采煤机的综采作业情况，实现和采煤机之间的联动控制，避免出现运量不足或者溢煤的现象。在调节过程中遵循了最佳运量匹配理论，系统内存储有刮板输送机的最大负载运量，系统将采煤机记忆截割状态和刮板输送机的运行状态进行匹配，当综采量大于刮板输送机当前的运量时，刮板输送机提升运行速度，加大对煤炭的运输；若刮板输送机达到最大运量依然无法满足采煤机的综采作业需求时，系统将控制采煤机调整截割作业速度和进给速度，从而匹配刮板输送机的最大运输能力需求；当采煤机的综采作业情况不满足刮板输送机的运量需求时，系统则控制刮板输送机降速运行，从而保证刮板输送机上的煤炭量，实现井下采煤机、刮板输送机运行的自动调节控制，满足经济性和安全性的运行需求。采煤机和刮板输送机的联动调节控制逻辑如图4所示。

图4 采煤机、刮板输送机联动运行控制逻辑

煤矿井下实际应用情况表明，采用该自动控制系后，井下综采面的作业人员数量降低了86%，综采作业效率提升了13.7%，显著提升了煤矿井下综采作业的安全性和效率，对提升煤炭生产企业的综采经济性具有十分重要的意义。

4 结语

针对煤矿井下综采自动化程度低、开采效率低、经济性差的现状，提出的煤矿井下自动化综采工艺方案，采用了综采设备智能化协同控制理念，确定了自动化控制方案，以采煤机的截割状态为基础，实现对液压支架和刮板输送机运行状态的负反馈调节，进而为实现综采面的无人化作业奠定了基础。