綜采工作面采煤機(jī)自動化采煤煤巖識別

鄒云興

摘 要：為了實(shí)現(xiàn)無人化采煤工作面，本文以綜采工作面采煤機(jī)的煤巖識別作為主要研究內(nèi)容，通過對采煤機(jī)煤巖識別的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行闡述和分析，進(jìn)而設(shè)計(jì)了一種基于精確煤層三維模型的采煤機(jī)煤巖識別系統(tǒng)，并對其煤巖識別與搖臂狀態(tài)控制的方法展開了深入研究，研究表明，本文設(shè)計(jì)的采煤機(jī)煤巖識別系統(tǒng)能有效滿足其采煤過程中對煤巖識別工作自動化要求，為實(shí)現(xiàn)無人化采煤工作面提供可靠保障。

關(guān)鍵詞：采煤機(jī)；煤巖識別；搖臂狀態(tài)

一、采煤機(jī)煤巖識別的相關(guān)技術(shù)

（一）EMD法。EMD法，即跟經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法是綜采工作面中采煤機(jī)對煤巖界面識別的一種常用辦法，實(shí)際上是一種自適應(yīng)的信號分解辦法，以煤體和矸石下落過程中所產(chǎn)生聲波信號間頻譜差異為依據(jù)，對下落的物體為煤炭還是矸石進(jìn)行判斷。需要說明的是，此方法只有在滾筒切割到頂部和底板的巖石后方能夠?qū)γ簬r予以準(zhǔn)確判斷，而對于具有較高矸石含量的煤層，其煤巖判斷效率將大打折扣。

（二）多傳感器信息融合識別。多傳感器信息融合識別，主要利用扭矩傳感器、壓力傳感器以及電流和加速傳感器等多種傳感器，在徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的作用改下，完成對各傳感器識別信息的綜合，從而確定出綜采工作面中采煤機(jī)煤巖識別的結(jié)果。

（三）紅外探測。對采煤機(jī)進(jìn)行分析可知，其在將煤體與巖石進(jìn)行截割后，因二者不同性質(zhì)，導(dǎo)致采煤機(jī)截割后的問年度也具有一定差異?；诖?，借助紅外探測的辦法對采煤機(jī)滾筒截齒的溫度進(jìn)行探測，便能夠使操作人員快速了解到相應(yīng)的煤巖界面。值得注意的是，紅外探測法只有在采煤機(jī)截割到巖石時(shí)，方能夠形成對煤巖的準(zhǔn)確判斷。在了解集幾種采煤機(jī)煤巖識別相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，下文著重對基于精確煤層的采煤機(jī)煤巖識別系統(tǒng)設(shè)計(jì)辦法展開深入研究。

二、基于精確煤層模型的采煤機(jī)煤巖識別

（一）系統(tǒng)設(shè)計(jì)總思路。本文設(shè)計(jì)的是一種以精確煤層的三維模型為依托的采煤機(jī)煤巖識別系統(tǒng)，在借助地質(zhì)勘測量得到的煤層數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對當(dāng)前煤層的三維模型進(jìn)行構(gòu)建，并通過對采煤機(jī)搖臂高度進(jìn)行適時(shí)調(diào)整，確保自動化無人開采目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。相較于傳統(tǒng)的煤巖識別系統(tǒng)，本文設(shè)計(jì)的這一系統(tǒng)無需采煤機(jī)主動發(fā)送識別信號，而只需對所構(gòu)建的三維模型的碰撞情況進(jìn)行檢查和，方能夠?qū)崿F(xiàn)對煤巖的準(zhǔn)確識別。

（二）煤層模型的構(gòu)建與采煤機(jī)狀態(tài)描述。對傳統(tǒng)煤層三維模型進(jìn)行分析可知，其大都是在處理鉆孔獲得數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，按照相關(guān)的算法進(jìn)行擬合所獲得的，其核心數(shù)據(jù)來源為基于三維地震波探測得到的對應(yīng)數(shù)據(jù)，這種辦法下采煤機(jī)對1m以上煤層厚度的探測精度在最高時(shí)可達(dá)到95%?；诖耍瑢⒒谌S地震波數(shù)據(jù)構(gòu)建的模型作為綜采工作面煤巖識別的初步模型，這需要巷道掘進(jìn)時(shí)所獲得的煤層具體數(shù)據(jù)對其驗(yàn)證發(fā)放能夠確定其煤巖識別效果。對于采煤機(jī)而言，其在實(shí)際的運(yùn)行，即割煤過程中可看作是采煤機(jī)模型對煤層模型的反復(fù)截割，對于割煤吼吼的煤層（模型）而言，通常有兩種處理方式，一是進(jìn)一步標(biāo)識模型，進(jìn)而對采空區(qū)與未回采區(qū)進(jìn)行區(qū)分；二是以割煤數(shù)據(jù)為依據(jù)，生成新的煤層模型，使其充當(dāng)下一個(gè)割煤循環(huán)的基本模型。

對于采煤機(jī)模型而言，其構(gòu)建主要由其生產(chǎn)廠家根據(jù)特定的型號在設(shè)計(jì)的階段完成，采煤機(jī)模型的主要參數(shù)跟主要包括了其搖臂長度、滾筒直徑等。需要說明的是，除了采煤機(jī)模型以外，還應(yīng)構(gòu)建起刮板輸送機(jī)與液壓支架模型，其中，刮板輸送機(jī)主充當(dāng)采煤機(jī)運(yùn)行過程中的邊界元素，液壓支架的功能則主要為，在采煤機(jī)割煤時(shí)，阻止其滾筒同支架頂梁發(fā)生干涉和接觸。

（三）煤巖識別與搖臂狀態(tài)控制。在設(shè)計(jì)過程中關(guān)于煤巖界面的識別主要依托于兩個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，分別為截割電機(jī)工作電流與滾筒調(diào)高油缸壓力。對于采煤機(jī)而言，其在正常運(yùn)行時(shí)，上述兩項(xiàng)傳感器數(shù)據(jù)會在一定范圍內(nèi)發(fā)生小幅波動，中心數(shù)據(jù)因不同煤體硬度的不同而具有一定差異。當(dāng)采煤機(jī)在工作過程中其滾筒接觸到巖石后，因滾筒與巖石接觸面不同，故調(diào)高油缸的兩個(gè)壓力變化也存在差異，，操作人員則能夠?qū)r面與滾筒接觸的位置做出進(jìn)一步判斷，即當(dāng)滾筒上方的截齒與巖面率先接觸時(shí)，巖石面會向滾筒施加向下的壓力，導(dǎo)致滾筒位置降低，而調(diào)高油缸下方的腔體壓力也隨之增加，相應(yīng)地，其上方腔體壓力則下降。此時(shí)，對于操作人員而言，則能夠通過觀察安裝至滾筒處的壓力傳感器的相關(guān)數(shù)據(jù)，完成對采煤機(jī)采煤煤巖的識別。

在搖臂狀態(tài)控制方面，通過對煤巖識別系統(tǒng)的輸出信號進(jìn)行分析，則能夠完成對采煤機(jī)搖臂狀態(tài)的自動調(diào)整，即以采煤機(jī)運(yùn)行速度為依據(jù)，通過對采煤機(jī)與煤層模型進(jìn)行碰撞檢查，進(jìn)而確定出采煤機(jī)在某一運(yùn)行位置需要的搖臂高度，在將所需高度反饋至采煤機(jī)搖臂自動控制系統(tǒng)當(dāng)中后，系統(tǒng)便以所獲得的高度參數(shù)，結(jié)合采煤機(jī)自身結(jié)構(gòu)，算得采煤機(jī)搖臂所需的調(diào)整量，而后，在電磁伺服閥的作用下，搖臂將被調(diào)整至所需高度，從而實(shí)現(xiàn)基于無人操作的搖臂狀態(tài)的自動調(diào)節(jié)。

三、結(jié)論

本文通過對采煤機(jī)煤巖識別的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行簡要說明，進(jìn)而設(shè)計(jì)了一種基于精確煤層三維模型的綜采工作面采煤機(jī)煤巖識別系統(tǒng)。本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠較好地滿足采煤機(jī)自動化煤巖識別需求并能夠?qū)崿F(xiàn)對搖臂狀態(tài)的自動化控制。未來，還應(yīng)進(jìn)一步加大對綜采工作面采煤機(jī)自動化煤巖識別方法的研究，為提高采煤機(jī)煤巖識別與綜采工作面的自動化水平奠定良好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]苗艷才，楊棟，趙其龍.智能采煤機(jī)煤巖識別分析與設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械，2014，07（12）：81-83.

[2]張強(qiáng)，張石磊，王海艦，等.基于聲發(fā)射信號的煤巖界面識別研究[J].電子測量與儀器學(xué)報(bào)，2017，02（09）：230-237.endprint