煤矿采煤机自动化与智能化技术反思
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇煤矿采煤机自动化与智能化技术反思范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘要：从基于无线网络传感的监测技术、记忆截割的智能控制技术和专家系统的故障诊断技术三方面研究了采煤机自动化和智能化技术，改善了工作环境，降低了工人劳动强度，大大提升了工作效率，可为煤矿采煤的自动化和智能化建设提供参考。
０引言
煤炭是我国国民生产生活的主要能源之一，实现安全高效的煤炭生产是煤炭企业和研究人员的工作重点。作为工作面最重要的设备，采煤机操作过程复杂，需要司机对煤层厚度、顶板情况、电机状况、振动情况等进行综合判断，以便合理操作采煤机进行截割、破碎和推移等动作。随着无线通信技术、传感器技术和智能算法的发展，在采煤机状态监测、滚筒调高、推移牵引、故障预警等方面应用了大量自动化和智能化技术，提高了采煤机的生产效率和安全性，降低了采煤机司机的劳动强度。本文研究了基于无线网络传感的监测技术、基于记忆截割的智能控制技术和基于专家系统的故障诊断技术，这些技术的应用可为煤矿企业进行自动化和智能化改造，逐步实现无人工作面提供借鉴。
１基于无线网络传感的监测技术
为了实现采煤机状态控制和故障诊断，首先应获取准确的状态信息，美国ＪＯＹ公司和德国Ｅｉｃｋｈｏｆｆ公司生产的采煤机已经具备了完善的故障诊断和状态监测功能，而国产采煤机的功能还不是很完善。ＪＯＹ公司和Ｅｉｃｋｈｏｆｆ公司都有其代表性的工业控制计算机系统，对采煤机的状态信息进行采集、处理和存储，通过人机界面以丰富的形式表现出来，不仅有文字、表格，还能以曲线和图形等直观方式在顺槽和地面展现。采煤机的状态信息包括采煤机位置（两种表示方法，一种是在工作面中的绝对位置，另一种是基于液压支架编号的相对位置）、牵引方向和速度、摇臂角度、机身角度，牵引电机、截割电机、泵站电机和破碎电机的电气参数，以及轴承和油温度等。通信网络平台的建设是状态监测技术的核心部分，目前大型矿井包括顺槽在内的大部分工作区域都已覆盖了光纤通信网络，因此顺槽到工作面的通信是状态监测网络平台的主要组成部分。有线通信方式例如载波通信和工业现场总线是目前主要的解决方案，而无线组网方式具有布线简单、不受空间限制的优点，但是存在电磁干扰现象，其可靠性有待于进一步验证。基于无线传感网络的采煤机状态监测系统如图１所示，由机载数据采集系统、数据无线传输系统和监控中心三大部分组成。机载数据采集系统主要由采煤机上的温度传感器和振动传感器等构成，对温度和振动信号进行采集和无线发送。监控中心分析这些数据，对采煤机的健康状态进行评估。每个采煤机上可布置多个传感器数据采集系统，经过串口将汇聚节点与管理中心的计算机相连，不同的节点实现不同的功能，有的发送数据，有的采集数据，最终汇总到上位机上。
２基于记忆截割的智能控制技术
基于记忆截割的智能控制技术主要有状态控制、姿态控制和牵引控制三种。
２．１状态控制
在采煤机作业过程中，截割部把煤块从煤壁上切割下来，破碎部将大块的煤破碎为小块。要实现采煤机截割状态和破碎状态的协调控制，需要将破碎电机和截割电机的启动信号、制动信号和保护信号等控制状态添加到逻辑传感器中，实现截割部和破碎部的联动状态控制。
２．２姿态控制
采煤机的姿态控制指的是机身角度和滚筒高度控制，机身角度随采煤机在刮板输送机上的位置变化而变化，因此姿态控制主要指的是滚筒调高控制。滚筒自动调高建立在煤层信息的采集和判断基础上，是采煤机自动控制技术的核心。煤层信息的判断有煤岩识别法和记忆截割法，前者通过天然γ射线直接预测煤岩界面，后者为人工辅助监视下的间接方法。这两种方法各有所长，直接法的理论性较强，对传感器要求高，适用于具有明显特征的煤层；间接法技术成熟，但仅适用于顶底板变化不明显的煤层，且需要人为操作，自动化程度低。
２．３牵引控制
采煤机牵引系统有三种：电磁转差离合器调速、开关磁阻电机调速和交流变频系统调速。开关磁阻电机调速是未来发展方向，具有调速性能好、控制电路简单、转矩大、启动冲击小的优点，目前研究方向为降低噪声和提高位置传感器可靠性等。
３基于专家系统的故障诊断技术
采煤机的结构比较复杂，其故障源和故障表现很多，常见的故障可以分为电气故障、液压故障和机械故障。机械故障有轴承温度过高、截齿断裂和链轮组件磨损等；电气故障有变频器故障、保护未启动等；液压故障有牵引无力、油压过低等。采煤机故障诊断技术的发展建立在监控通信技术的基础上，是采煤机监控系统的有机组成部分。故障诊断功能不仅在于判断采煤机是否异常和故障决定其运行状态，降低异常或故障对采煤作业的影响，还可以给管理人员和维护人员提供决策依据，提高管理和维修工作的效率。最初采煤机故障诊断技术的发展局限于电气系统和液压系统，且诊断逻辑大多基于阈值判断，例如电压、电流、油压等参数是否处在设定阈值，一旦某项参数超过阈值则发出报警信号。这种方法的优点是简单可靠，缺点是定位不够精确，无法诊断出是由哪个机械部件引起的故障。近几年来，故障诊断专家系统发展迅速，结合模糊神经网络、ＥＬＭ学习方法、分层索引等先进算法，解决了专家知识领域局限性、系统冗余性和知识理解能力差等问题。采煤机故障诊断专家系统结构如图２所示，以采煤机领域知识和专家经验为基础，通过本体编辑器和规则编辑器形成故障知识和故障规则，形成由故障知识库和故障规则库共同组成的知识库，系统通过知识库进行故障推理，在人机界面中发出异常和故障告警。
４结束语
目前采煤机自动化和智能化技术有状态监测、姿态控制和故障诊断三个关键技术，基于无线网络传感技术的状态监测技术是姿态控制和故障诊断的基础，基于记忆截割的智能控制技术是采煤机控制技术的核心，基于专家系统的故障诊断系统能够提高采煤作业的安全性和可靠性。随着自动化和智能化技术在采煤工作面的逐渐应用，工作人员的工作环境将得到进一步改善，工作量显著下降，为无人开采奠定了重要的技术基础。
参考文献：
［１］徐卫鹏．我国采煤机技术创新发展研究［Ｊ］．煤矿机械，２０２１，４２（１）：２７－２９．
［２］郑忠友，朱磊，程海星，等．综放工作面采放协调关系及智能装备研究［Ｊ］．煤矿机械，２０２１，４２（１）：５４－５６．
［３］苗鑫．煤矿采煤机智能化技术要点［Ｊ］．设备管理与维修，２０２０（２４）：１２２－１２３．
［４］索文龙．煤矿综采工作面智能化开采［Ｊ］．能源与节能，２０２０（１０）：１０１－１０２．
［５］王祥．煤矿综采工作面智能化技术及装备管理与趋势［Ｊ］．企业观察家，２０２０（１０）：１０２－１０３．
［６］郝少鹏．煤矿智能无人采煤工作面开采关键技术［Ｊ］．石化技术，２０２０，２７（９）：１７５－１７６．
［７］黄太光．自动化智能开采关键控制技术的探索与研究［Ｊ］．化工管理，２０２０（２５）：５５－５６．
［８］陈拓其．智能化无人开采技术的研发探究［Ｊ］．内蒙古煤炭经济，２０２０（１４）：２０－２１．
［９］张军辉．我国煤矿采煤机的研制回顾、现状以及发展［Ｊ］．煤矿机械，２００８，２９（３）：１－３．
［１０］黄温钢，张绍朋．煤炭工业可持续发展的工业化之路［Ｊ］．矿业快报，２００８，２４（９）：１－４．
作者:刘燕强 单位:山西焦煤集团西山煤电股份有限公司