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摘要：采煤機(jī)是煤礦生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)闹匾ぞ?，煤礦企業(yè)應(yīng)該充分重視采煤機(jī)的技術(shù)改造，建立并完善采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化技術(shù)系統(tǒng)。結(jié)合技術(shù)化、智能化發(fā)展大背景，指出煤礦采煤機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀，對滾筒采煤機(jī)自動(dòng)割煤控制系統(tǒng)的構(gòu)成部分及功能進(jìn)行了闡釋，從監(jiān)控通信技術(shù)、故障診斷技術(shù)、記憶截割控制技術(shù)和自動(dòng)調(diào)高技術(shù)四方面具體介紹了采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化技術(shù)的應(yīng)用，并對采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化技術(shù)未來的發(fā)展趨勢做出了展望，希望能夠?yàn)閷?shí)際工作中采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化技術(shù)水平的提升提供一定的思路。

關(guān)鍵詞：煤礦；采煤機(jī)；智能化；自動(dòng)化

若想保證中國巨大的煤炭需求量，就需要不斷地更新與改造煤礦生產(chǎn)運(yùn)輸設(shè)備。采煤機(jī)作為重要的開采機(jī)器，其自動(dòng)化與智能化系統(tǒng)的構(gòu)建對于提升煤炭開采量、規(guī)范煤炭開采流程以及保障采礦工人的人身安全起著重要的作用。現(xiàn)如今，許多煤礦企業(yè)已經(jīng)認(rèn)識到采煤機(jī)具備的自動(dòng)化與智能化功能的重要性，但應(yīng)用的機(jī)型范圍還不夠廣泛，技術(shù)方面還需要繼續(xù)完善。因此，本文以采煤機(jī)的自動(dòng)化與智能化技術(shù)為主要的研究內(nèi)容，希望能夠引起更多煤礦企業(yè)的重視，促使其投入更多的人力與物力去進(jìn)行采煤機(jī)技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的高度自動(dòng)化與智能化。

1采煤機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

由于中國對煤炭資源有著較高的需求量，煤礦企業(yè)不斷地研發(fā)與更新開采機(jī)電設(shè)備，試圖通過設(shè)備技術(shù)的更新實(shí)現(xiàn)煤炭資源的高開采率和高利用率。采煤機(jī)作為煤炭生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)闹匾ぞ?，也?yīng)順應(yīng)信息技術(shù)的潮流逐漸向自動(dòng)化、智能化、流程化、多樣化方向發(fā)展。目前前景較為廣闊、自動(dòng)化水平較高的采煤機(jī)類型是滾筒采煤機(jī)，滾筒可放置在截割電動(dòng)機(jī)的水平或垂直方向，進(jìn)而提升運(yùn)輸速率。煤礦企業(yè)還需要積極推進(jìn)采煤機(jī)的升級改造，提升其自動(dòng)化、智能化水平。

2滾筒采煤機(jī)自動(dòng)割煤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

構(gòu)建采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化控制系統(tǒng)將成為發(fā)展的必然趨勢，此系統(tǒng)主要由動(dòng)力系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和工控機(jī)操作系統(tǒng)等組成。動(dòng)力系統(tǒng)為采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化控制系統(tǒng)運(yùn)行提供電力支持；電氣控制系統(tǒng)主要由工控機(jī)、啟動(dòng)操作部分、鍵盤控制部分、智能保護(hù)部分等組成。以滾筒采煤機(jī)的自動(dòng)割煤控制系統(tǒng)為例，其主要是由各單元模塊構(gòu)成，涉及主控、自動(dòng)控制、各類執(zhí)行單元和數(shù)據(jù)傳輸單元。其工作流程大致為：借助傳感器實(shí)時(shí)進(jìn)行機(jī)械傳動(dòng)、環(huán)境監(jiān)測等，并將數(shù)據(jù)信息傳遞給采煤機(jī)主板。在具體的控制硬件參數(shù)的過程中，需要借助采煤機(jī)和繼電器的開關(guān)、燈光控制信號，控制板可分為多種類型，例如較為常見的電氣控制板、液壓水路控制板[1]。滾筒煤機(jī)自動(dòng)割煤控制系統(tǒng)的核心是智能算法，中央控制器是其中心部件，可以收集識別數(shù)據(jù)、命令指令進(jìn)行割煤處理、傳輸結(jié)果處理。滾筒采煤機(jī)具體的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖如圖1所示。

3采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化控制系統(tǒng)的功能

采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化控制系統(tǒng)的功能可概括為以下幾個(gè)：a)控制模式多樣化，包括點(diǎn)動(dòng)、單控和聯(lián)控控制模式。b)具備高壓供電控制模式。采煤機(jī)需要由專門的電網(wǎng)提供電能，供應(yīng)電壓一般為6kV10kV/，系統(tǒng)還需配置相應(yīng)的隔離開關(guān)和配電裝置。c)兼具變頻與軟啟動(dòng)的控制功能。軟啟動(dòng)裝置要設(shè)置相應(yīng)的RS485標(biāo)準(zhǔn)通信接口和協(xié)議，實(shí)現(xiàn)多種方式的啟動(dòng)。d)智能化保護(hù)作用。借助工控機(jī)進(jìn)行信號的傳輸，可以對電機(jī)截割和牽引進(jìn)行保護(hù)。

4采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化控制系統(tǒng)包含有多方面的內(nèi)容，其關(guān)鍵技術(shù)涉及以下幾個(gè)方面。

4.1監(jiān)控通信技術(shù)

煤礦開采活動(dòng)較為復(fù)雜，工藝程序煩瑣。為了保證煤礦開采順利進(jìn)行，需要對全過程、全階段進(jìn)行監(jiān)控并及時(shí)傳達(dá)信息，而這需要完善的監(jiān)控通信技術(shù)作為支撐。采煤機(jī)上安裝有各類通信設(shè)備，借助高壓動(dòng)力載波法，向控制臺(tái)發(fā)送采煤作業(yè)信息，遵守TCP/IP（TransmisionCntrolPotocol/InternetPotocol，傳輸控制orr協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議）和UDP（UserDtagramPotocol，ar用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）等控制協(xié)議實(shí)時(shí)獲取并監(jiān)視巷道內(nèi)采煤機(jī)運(yùn)輸設(shè)備工作狀態(tài)，并且可以將獲取的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降V井綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作。雖然監(jiān)控通信技術(shù)的應(yīng)用對煤炭開采的安全性和高效性有所保障，但是技術(shù)的成熟運(yùn)用還需要進(jìn)一步的研究[2]。

4.2故障診斷技術(shù)

采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，故障現(xiàn)象也較多。為了能夠第一時(shí)間找到故障來源，需要應(yīng)用故障診斷技術(shù)，其可以辨別采煤機(jī)是否發(fā)生異?；蚬收希瑸榧夹g(shù)人員的維修提供數(shù)據(jù)支持，提高維修的成功率，縮短維修時(shí)間。需要注意的是，在運(yùn)用故障診斷技術(shù)的基礎(chǔ)上，還要清晰掌握常見的幾種故障類型，對故障進(jìn)行分辨別處理。例如：軸承溫度過高、截齒斷裂屬于機(jī)械故障，牽引無力、油壓過低則是液壓故障的表現(xiàn)形式，電氣故障則包括變頻器故障、保護(hù)未啟動(dòng)等。傳統(tǒng)故障診斷技術(shù)是基于閾值進(jìn)行診斷，局限于電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，其故障定位精確性不高等弊端越來越明顯，無法立即判斷出故障部位。因此，發(fā)展基于專家系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)（見圖2）成為煤炭行業(yè)發(fā)展的必然需求?；趯＜蚁到y(tǒng)的故障診斷技術(shù)運(yùn)用了多種先進(jìn)算法，如ELM學(xué)習(xí)方法、分層索引方法，解決了應(yīng)用領(lǐng)域局限、知識理解能力差等難題。從圖2可以看出，采煤機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)借助本體編輯器和規(guī)則編輯器形成專業(yè)的故障知識和規(guī)則庫，故障庫的存在是基于采煤機(jī)領(lǐng)域?qū)I(yè)知識和專家經(jīng)驗(yàn)，因此能夠第一時(shí)間推測故障機(jī)理，從而進(jìn)行下一步的維修工作[3]。

4.3記憶截割控制技術(shù)

基于記憶截割的智能控制技術(shù)主要有三種表現(xiàn)形式，分別為狀態(tài)控制、姿態(tài)控制和牽引控制。狀態(tài)控制主要就是在開采活動(dòng)中截割煤壁上的煤塊，借助破碎部把煤塊打碎成較小塊，并在邏輯傳感器中添加破碎機(jī)和截割機(jī)的各類信號，如啟動(dòng)信號、制動(dòng)信號等，保持二者的聯(lián)動(dòng)狀態(tài)。姿態(tài)控制是指高度控制采煤機(jī)機(jī)身和滾筒角度，隨時(shí)調(diào)整機(jī)身角度。其實(shí)質(zhì)就是在收集判斷采煤信息的基礎(chǔ)上對滾筒進(jìn)行調(diào)高控制，具體的判斷方法有煤巖識別法和記憶截割法，二者各有所長，適用的開采環(huán)境條件也不盡相同。煤巖識別法是直接用γ射線預(yù)測煤巖界面，對傳感器質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)有嚴(yán)格的要求，在具有明顯特征的煤層中運(yùn)用效果更好[4]。記憶截割法是一種間接方法，在頂?shù)装遄兓幻黠@的煤層使用效果較好，但是需要專門人員進(jìn)行操作指引，自動(dòng)化程度有待提升。牽引控制具體包括三種方式，依次為電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速、開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速和交流變頻系統(tǒng)調(diào)速。這三種方式發(fā)展前景較好的是開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速。

4.4自動(dòng)調(diào)高技術(shù)

應(yīng)用自動(dòng)調(diào)高技術(shù)能夠靈活調(diào)整采煤機(jī)高度，優(yōu)化采煤機(jī)性能，更好地滿足采煤需求。記憶路徑跟蹤、自適應(yīng)調(diào)高二者構(gòu)成了自動(dòng)調(diào)高技術(shù)系統(tǒng)。記憶路徑跟蹤通過收集數(shù)據(jù)信息，排除故障隱患，從而達(dá)到一個(gè)科學(xué)、合理的采煤機(jī)高度；自適應(yīng)調(diào)高則需要借助PLC（ProgrammableLgicCntrolooer，可編程邏輯控制器）診斷煤層截割負(fù)載異常情況，優(yōu)化調(diào)整滾筒高度[5]。自動(dòng)調(diào)高技術(shù)能夠更好地處理與應(yīng)對復(fù)雜的開采環(huán)境，準(zhǔn)確分析、判斷與調(diào)整采煤機(jī)的截割狀態(tài)、滾筒高度以及頂板位置等，從而降低企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失，減少安全事故的發(fā)生。就滾筒高度來講，若高度不合適，頂板的切割部位不當(dāng)，則會(huì)加劇齒輪的磨損與消耗，縮短采煤機(jī)的使用壽命，更為嚴(yán)重的是，可能會(huì)在高瓦斯采礦區(qū)引發(fā)瓦斯爆炸事故。這些情況的出現(xiàn)都需要應(yīng)用自動(dòng)調(diào)高技術(shù)加以處理。

5采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化技術(shù)發(fā)展方向

結(jié)合時(shí)代需求，大體預(yù)測未來采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化技術(shù)將會(huì)向精細(xì)化、智能化和專業(yè)化方向發(fā)展。采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化技術(shù)以計(jì)算機(jī)為載體和支撐，對人力的依賴性會(huì)慢慢降低，未來計(jì)算機(jī)信息技術(shù)將會(huì)更加成熟和精細(xì)。相關(guān)操作人員也要具備從業(yè)的高要求，不僅要精通計(jì)算機(jī)知識，還要掌握采煤機(jī)各個(gè)部件的維修技能，具備處理應(yīng)急事件的能力等。

6結(jié)語

總而言之，采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化技術(shù)是順應(yīng)時(shí)代發(fā)展趨勢、實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，它具備高切割效率、高利用率及低勞動(dòng)強(qiáng)度等優(yōu)勢，應(yīng)用前景廣闊，值得進(jìn)一步推廣。因此，煤礦企業(yè)應(yīng)該不斷地對采煤機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，借助自動(dòng)化與智能化技術(shù)占據(jù)市場優(yōu)勢位置，在保證開采產(chǎn)量的同時(shí)設(shè)定高智能化生產(chǎn)程序，促進(jìn)企業(yè)的轉(zhuǎn)型進(jìn)步。

作者:宋凱 單位:華陽新材料科技集團(tuán)有限公司二礦