煤礦自動化放煤控制設計研究范文

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摘要：為提高綜采放頂煤作業的自動化和智能化水平，提出了一種自動化記憶放煤控制策略。介紹了自動化記憶放煤控制原理，并具體設計了自動化記憶放煤控制過程，包括具體所用到的設備、控制過程及主要控制參數，指出了自動化記憶放煤控制實施。通過科學、合理應用自動化記憶放煤控制策略，不僅可以顯著提高礦井生產效率，而且能更好保障礦井安全生產。

關鍵詞：放頂煤；記憶放煤；控制策略；實施

1自動化記憶放煤控制原理

放頂煤的工作平面由兩部分組成，分別是前部采煤系統和后部放煤系統。前部采煤系統有三大不同的功能：裝煤、破煤及落煤，使用此系統采煤工作環境與之前完全不同。液壓支架設備來支起采煤工作間并可以移動采煤裝置，利用液壓推料機可把煤塊輸送到刮板輸送機。通過該方式運煤刮板輸送機可實現前部分工作面的運煤功能，它可以把煤炭運輸出去，采煤機的割煤速度不同，刮板上的煤炭量就不一樣，可以調節割煤速度來控制輸送機上的煤炭重量。放煤系統的后半部分是在工作平面后方設置一臺刮板運輸機，在液壓支架完成移架后，頂部煤塊會自動掉落在后部輸送機的刮板上，掉落煤塊的多少與尾梁大小、插板運動幅度相關[1]。根據采煤機截割記憶控制系統，在假定煤層厚度均勻、頂板與底面穩定的前提下，先通過人工演示采煤機操作然后再截割煤，再通過計算機記錄割煤時前后滾筒的高低變化數據。在進行一刀切煤時，該裝置直接使用記錄的數據來實現采煤機前后滾筒高度的調節，從而可以自動控制采煤機。在煤層相對穩定時，采煤機每次工作時，工作時的工藝參數基本保持不變，提高采煤機的變量基本上是相同的，液壓支撐架放煤裝置和放煤出口開度的大小決定著放煤量的多與少。基于此，可以將人工放煤示范操作過程、放煤出口的數量、液壓支架放煤裝置的位置形態、記錄煤箱所需時間等相關數據，根據記錄下的數據控制下一個煤輸送出口的大小，實現了自動化記憶煤炭箱體控制[2]。

2自動化記憶放煤控制設計

2.1實現設備

可以通過控制和調節液壓支架的電液控制裝置來控制自動化記憶放煤裝置。這個系統主要由電液換向閥組、信號轉換器、支架控制器、隔爆計算機、傳感器五大部分組成。根據指定的程序支架控制器能夠發出一系列的控制命令，指定油缸的運動由控制電液換向閥組來調節，動作的執行情況可以用液壓支撐機架上的傳感器來檢測，信號轉換器把工作面巷道的監視中心的液壓支承體的移動指令架向防爆計算機發送，接著防爆計算機發送控制液壓的信息來調整支架上下運動[3]。液壓支架電液控制裝置可將人工操作支架的工作參數和傳感器數據發送給隔爆計算機，并可在防爆計算機上顯示重要數據，此時液壓支架就會執行計算機發出的放煤控制指令，全自動化控制放煤在此過程中由工作面的液壓支撐架來實現。

2.2記憶放煤控制過程

工作面放煤原理如下：首先，通過液壓支架在尾梁處的不同角度上，調節放煤出口不同開度，在不同開口下完成放煤工作。傳統放煤的方法即人工放煤常見的有3種操作方式：（1）頻繁搖動液壓支架尾部橫梁，使支架上方的煤塊在搖晃下脫落；（2）正常放煤，通過把液壓支撐架的尾梁調到合適的角度來放置煤塊；（3）連續上下使柱子反復升降，不斷擠壓頂部煤塊，使頂部煤塊破裂成不同的小塊垮落下來。其中前兩種方法是當前主要的放煤方式。通過調整液壓支架，可以知道在放煤當中煤層的里外結構、開采煤塊的方法以及放煤量大小的操作過程[4]。自動記憶放煤的控制流程圖如圖1所示。由圖可知，首先支架控制指令信息由液壓電液控制裝置傳到防爆計算機上，由指令信息，可以判斷液壓支撐架的動作情況，并由存儲器保存支架的移動命令信息。在支撐架移動時，可不斷讀取液壓支架高度傳感器的支架控制器、液壓支架底座和尾部梁的傾斜角傳感器數據，同時把指令輸給防爆計算機保存，計算打開放煤口過程所用時間，最終得出液壓支撐架放煤機構在各種不相同位置放煤時所花的時間，計算放煤的多少[5]。得出放煤量后，通過比較刮板輸送機功率和放煤量的大小，然后修改微調放煤裝置位姿與放煤量多少的相關數據，通過連續地優化和調整放煤數據，就能夠連續且穩定地執行放煤操作，控制流程(動作序列)、放煤裝置的位置及姿勢(傾斜角、高度)及其控制時間序列所構成的控制序列表。

2.3記憶放煤控制參數

通過改變微調記憶放煤裝置的位置形態（放煤出口開度的大小）來控制自動化記憶放煤過程。在放置頂部煤塊工作面的生產過程中，可能會出現很多個放煤出口在同一時間放煤的現象。為了實現自動記憶放煤控制的目標，對刮板輸送機上的總的放煤數量進行控制和調整。自動化煤炭放煤裝置的完成需要記下以下信息：（1）液壓支架執行的位移動作；（2）記憶放置煤塊所需要時間，即從當前記錄到第一架開始放置煤塊時所用的時間；（3）液壓支架的動作時間，也就是液壓支架放煤出口開關動作所花費的時間；（4）尾部橫梁的擺角，擺角的大小直接關系到放煤出口開口度大小；（5）工作面的仰角和俯角，這兩個角度與尾部橫梁傾角的形成和放煤出口開口大小有很大關系，對他們的形成有很大的影響；（6）液壓支撐架掩護橫梁的位置狀況會受支架支撐高度的影響，使液壓支撐架尾部橫梁的啟始位置偏離后刮板輸送機的相對位置，導致尾梁傾角對形成放煤出口的開度大小造成很大影響；（7）放煤的速度快慢與放煤開口的角度大小有關系。因此，采煤機的控制參數包括放煤開始時間、液壓支架的數量、液壓支架的位移范圍、液壓支架的伸縮與提升、液壓支架的尾梁傳感器數據、液壓支架動作時間、液壓支架工作壽命等[6]。

3自動化記憶放煤控制實施

3.1傾角傳感器安裝

傳感器數據的傾角大小可以控制液壓支架尾部橫梁的擺角，傳感器傾角的檢測精度直接決定放煤機裝置的位置狀態，決定它是否可以實現精確控制。傾角傳感器在不同的工作區域精度級別不一樣，通常在0～30℃范圍內，檢測精度達到最高，傾斜角傳感器角度設置在這個范圍內[7]。

3.2順序表編制

防爆計算機保存的記憶控制信息由很多條不同的序列表構成，根據時間序列順序，序列表記錄工作面的油壓支撐架及傳感器殼體動作的相關信息，主要是放煤相關的控制參數。

3.3放煤示范學習

放煤示范學習從工作的一端開始，根據放煤相關工藝，技術人員使用控制的液壓支撐架控制工作面放煤裝置，一直到工作面的另外一端才結束，這個過程是一個完整的循環式生產過程。在剛開始放煤時，示范記憶放煤的方式操作員啟動，工作人員通過控制液壓支架液壓控制裝置來調節液壓支架動作使其完成放煤動作，系統把工人的按鍵動作、傳感器信息指令、液壓支架的動作狀況等信息傳給防爆計算機。當放煤動作不同變換或傳感器數據變了超過預先設定的數值時，系統會自動發送一條信息，并把信息記錄在順序表。同時，每過5s，系統會自動發出一條傳感器信息并把這條信息記錄在順序表。防爆性的計算機會保存從放煤開始到采煤結束這一連串的動作。基于傳感器信息和液壓支架持續作用的時間等，系統可以生成支架放煤控制按時間順序排列的工作順序表，啟用順序表，自動化放煤就開始了。為了記憶通過學習獲得的放煤控制數據，需要編制放煤量計算程序，對放煤量進行計算和校驗，以避免記憶放煤的信息受影響而出問題，從而導致放煤裝置后部刮板輸送機承受壓力過大而出現被壓壞的情況。詳細實現步驟如下：根據放置煤塊控制順序表中的數字信息得出人工放煤量的多少，依據后面輸送機上煤流量負荷能承載的最大值，檢查是否有超過最大煤量，若出現這種情況，就調整放煤裝置的位置姿態，直到煤炭的計算量在適當范圍內為止。確認了所有種類的數據和控制放煤的信息后，可以投入生產和使用。

3.4記憶放煤控制

當開始煤炭外殼時，首先打開內存煤炭外殼的控制模式。計算機根據序列表中時間的序列，向工作面的液壓支架發出放煤指令信息。液壓支架接收到信息后，根據指定的信息進行對應的動作，控制油壓支承裝置的位置。此時，防爆計算機可根據液壓支承體的位移來實現聯動控制，在液壓支承裝置結束移架動作后才可實現放煤。當油壓支撐裝置還未結束移架動作時，需要通過在防爆計算機上執行的程序停下，等待液壓支承完成移架動作后。再一次重新啟動液壓支架，自動化采煤過程、放煤協同控制就會實現[8]。

4結束語

本文提到的自動化記憶放煤控制裝置對放煤條件有要求，在煤層厚度均勻，煤層比較穩定的情況下可以使用，依據人工放煤的操作方法和相關數據就可以實現自動化放煤過程，放煤質量可以得到有效保證，可實現無人操作放煤過程；通過優化放煤量與放煤形狀的關系，建立了液壓支架放煤裝置的位置模型，根據放煤效果的計算數據，可以不斷提高優化控制記憶放煤數據并調整，這樣能夠讓輸送機上的煤流量大小更加穩定。如果放頂煤工作面的煤層變化很大時，這個方法就不適用了。由于放煤與放煤工藝技術密切相關，需要進一步研究改進放煤機箱裝置的位置與姿勢、煤炭量大小及放煤工藝的關系，逐漸完善和改進自動化記憶放煤控制系統。

參考文獻：

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［2］張亞寧，解立赫，張岱岳.綜放工作面端頭放煤研究進展與展望［J］.煤炭工程，2017（10）：44-46.

［3］孫利輝，紀洪廣，蔡振禹，等.大傾角厚煤層綜放工作面放煤工藝及頂煤運動特征試驗［J］.采礦與安全工程學報，2016（02）：50-52.

［4］劉清，孟峰，牛劍峰.放煤工作面支架姿態記憶控制方法研究［J］.煤礦機械，2015（05）：33-35.

［5］牛俊峰，王芳.自動化綜采放頂煤工作面設備選型及參數優化研究［J］.機械管理開發，2015（07）：60-62.

［6］王紅星.提高綜采放頂煤工藝煤炭回收率的探索和展望［J］.煤，2015（07）：30-32.

［7］李光輝，申學棟.提高煤炭資源回收率技術措施初探［J］.山東煤炭科技，2011（04）：55-57.

［8］張晉.放頂煤初采和末采放煤工藝［J］.煤，2018（05）：30-32.

作者：郝強 單位：大同煤礦集團有限責任公司馬脊梁礦安監站