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煤矿自动化放煤控制设计研究

2019/08/25 阅读:

要:为提高综采放顶煤作业的自动化和智能化水平,提出了一种自动化记忆放煤控制策略。介绍了自动化记忆放煤控制原理,并具体设计了自动化记忆放煤控制过程,包括具体所用到的设备、控制过程及主要控制参数,指出了自动化记忆放煤控制实施。通过科学、合理应用自动化记忆放煤控制策略,不仅可以显著提高矿井生产效率,而且能更好保障矿井安全生产。

关键词:放顶煤;记忆放煤;控制策略;实施

1自动化记忆放煤控制原理

放顶煤的工作平面由两部分组成,分别是前部采煤系统和后部放煤系统。前部采煤系统有三大不同的功能:装煤、破煤及落煤,使用此系统采煤工作环境与之前完全不同。液压支架设备来支起采煤工作间并可以移动采煤装置,利用液压推料机可把煤块输送到刮板输送机。通过该方式运煤刮板输送机可实现前部分工作面的运煤功能,它可以把煤炭运输出去,采煤机的割煤速度不同,刮板上的煤炭量就不一样,可以调节割煤速度来控制输送机上的煤炭重量。放煤系统的后半部分是在工作平面后方设置一台刮板运输机,在液压支架完成移架后,顶部煤块会自动掉落在后部输送机的刮板上,掉落煤块的多少与尾梁大小、插板运动幅度相关[1]。根据采煤机截割记忆控制系统,在假定煤层厚度均匀、顶板与底面稳定的前提下,先通过人工演示采煤机操作然后再截割煤,再通过计算机记录割煤时前后滚筒的高低变化数据。在进行一刀切煤时,该装置直接使用记录的数据来实现采煤机前后滚筒高度的调节,从而可以自动控制采煤机。在煤层相对稳定时,采煤机每次工作时,工作时的工艺参数基本保持不变,提高采煤机的变量基本上是相同的,液压支撑架放煤装置和放煤出口开度的大小决定着放煤量的多与少。基于此,可以将人工放煤示范操作过程、放煤出口的数量、液压支架放煤装置的位置形态、记录煤箱所需时间等相关数据,根据记录下的数据控制下一个煤输送出口的大小,实现了自动化记忆煤炭箱体控制[2]。

2自动化记忆放煤控制设计

2.1实现设备

可以通过控制和调节液压支架的电液控制装置来控制自动化记忆放煤装置。这个系统主要由电液换向阀组、信号转换器、支架控制器、隔爆计算机、传感器五大部分组成。根据指定的程序支架控制器能够发出一系列的控制命令,指定油缸的运动由控制电液换向阀组来调节,动作的执行情况可以用液压支撑机架上的传感器来检测,信号转换器把工作面巷道的监视中心的液压支承体的移动指令架向防爆计算机发送,接着防爆计算机发送控制液压的信息来调整支架上下运动[3]。液压支架电液控制装置可将人工操作支架的工作参数和传感器数据发送给隔爆计算机,并可在防爆计算机上显示重要数据,此时液压支架就会执行计算机发出的放煤控制指令,全自动化控制放煤在此过程中由工作面的液压支撑架来实现。

2.2记忆放煤控制过程

工作面放煤原理如下:首先,通过液压支架在尾梁处的不同角度上,调节放煤出口不同开度,在不同开口下完成放煤工作。传统放煤的方法即人工放煤常见的有3种操作方式:(1)频繁摇动液压支架尾部横梁,使支架上方的煤块在摇晃下脱落;(2)正常放煤,通过把液压支撑架的尾梁调到合适的角度来放置煤块;(3)连续上下使柱子反复升降,不断挤压顶部煤块,使顶部煤块破裂成不同的小块垮落下来。其中前两种方法是当前主要的放煤方式。通过调整液压支架,可以知道在放煤当中煤层的里外结构、开采煤块的方法以及放煤量大小的操作过程[4]。自动记忆放煤的控制流程图如图1所示。由图可知,首先支架控制指令信息由液压电液控制装置传到防爆计算机上,由指令信息,可以判断液压支撑架的动作情况,并由存储器保存支架的移动命令信息。在支撑架移动时,可不断读取液压支架高度传感器的支架控制器、液压支架底座和尾部梁的倾斜角传感器数据,同时把指令输给防爆计算机保存,计算打开放煤口过程所用时间,最终得出液压支撑架放煤机构在各种不相同位置放煤时所花的时间,计算放煤的多少[5]。得出放煤量后,通过比较刮板输送机功率和放煤量的大小,然后修改微调放煤装置位姿与放煤量多少的相关数据,通过连续地优化和调整放煤数据,就能够连续且稳定地执行放煤操作,控制流程(动作序列)、放煤装置的位置及姿势(倾斜角、高度)及其控制时间序列所构成的控制序列表。

2.3记忆放煤控制参数

通过改变微调记忆放煤装置的位置形态(放煤出口开度的大小)来控制自动化记忆放煤过程。在放置顶部煤块工作面的生产过程中,可能会出现很多个放煤出口在同一时间放煤的现象。为了实现自动记忆放煤控制的目标,对刮板输送机上的总的放煤数量进行控制和调整。自动化煤炭放煤装置的完成需要记下以下信息:(1)液压支架执行的位移动作;(2)记忆放置煤块所需要时间,即从当前记录到第一架开始放置煤块时所用的时间;(3)液压支架的动作时间,也就是液压支架放煤出口开关动作所花费的时间;(4)尾部横梁的摆角,摆角的大小直接关系到放煤出口开口度大小;(5)工作面的仰角和俯角,这两个角度与尾部横梁倾角的形成和放煤出口开口大小有很大关系,对他们的形成有很大的影响;(6)液压支撑架掩护横梁的位置状况会受支架支撑高度的影响,使液压支撑架尾部横梁的启始位置偏离后刮板输送机的相对位置,导致尾梁倾角对形成放煤出口的开度大小造成很大影响;(7)放煤的速度快慢与放煤开口的角度大小有关系。因此,采煤机的控制参数包括放煤开始时间、液压支架的数量、液压支架的位移范围、液压支架的伸缩与提升、液压支架的尾梁传感器数据、液压支架动作时间、液压支架工作寿命等[6]。

3自动化记忆放煤控制实施

3.1倾角传感器安装

传感器数据的倾角大小可以控制液压支架尾部横梁的摆角,传感器倾角的检测精度直接决定放煤机装置的位置状态,决定它是否可以实现精确控制。倾角传感器在不同的工作区域精度级别不一样,通常在0~30℃范围内,检测精度达到最高,倾斜角传感器角度设置在这个范围内[7]。

3.2顺序表编制

防爆计算机保存的记忆控制信息由很多条不同的序列表构成,根据时间序列顺序,序列表记录工作面的油压支撑架及传感器壳体动作的相关信息,主要是放煤相关的控制参数。

3.3放煤示范学习

放煤示范学习从工作的一端开始,根据放煤相关工艺,技术人员使用控制的液压支撑架控制工作面放煤装置,一直到工作面的另外一端才结束,这个过程是一个完整的循环式生产过程。在刚开始放煤时,示范记忆放煤的方式操作员启动,工作人员通过控制液压支架液压控制装置来调节液压支架动作使其完成放煤动作,系统把工人的按键动作、传感器信息指令、液压支架的动作状况等信息传给防爆计算机。当放煤动作不同变换或传感器数据变了超过预先设定的数值时,系统会自动发送一条信息,并把信息记录在顺序表。同时,每过5s,系统会自动发出一条传感器信息并把这条信息记录在顺序表。防爆性的计算机会保存从放煤开始到采煤结束这一连串的动作。基于传感器信息和液压支架持续作用的时间等,系统可以生成支架放煤控制按时间顺序排列的工作顺序表,启用顺序表,自动化放煤就开始了。为了记忆通过学习获得的放煤控制数据,需要编制放煤量计算程序,对放煤量进行计算和校验,以避免记忆放煤的信息受影响而出问题,从而导致放煤装置后部刮板输送机承受压力过大而出现被压坏的情况。详细实现步骤如下:根据放置煤块控制顺序表中的数字信息得出人工放煤量的多少,依据后面输送机上煤流量负荷能承载的最大值,检查是否有超过最大煤量,若出现这种情况,就调整放煤装置的位置姿态,直到煤炭的计算量在适当范围内为止。确认了所有种类的数据和控制放煤的信息后,可以投入生产和使用。

3.4记忆放煤控制

当开始煤炭外壳时,首先打开内存煤炭外壳的控制模式。计算机根据序列表中时间的序列,向工作面的液压支架发出放煤指令信息。液压支架接收到信息后,根据指定的信息进行对应的动作,控制油压支承装置的位置。此时,防爆计算机可根据液压支承体的位移来实现联动控制,在液压支承装置结束移架动作后才可实现放煤。当油压支撑装置还未结束移架动作时,需要通过在防爆计算机上执行的程序停下,等待液压支承完成移架动作后。再一次重新启动液压支架,自动化采煤过程、放煤协同控制就会实现[8]。

4结束语

本文提到的自动化记忆放煤控制装置对放煤条件有要求,在煤层厚度均匀,煤层比较稳定的情况下可以使用,依据人工放煤的操作方法和相关数据就可以实现自动化放煤过程,放煤质量可以得到有效保证,可实现无人操作放煤过程;通过优化放煤量与放煤形状的关系,建立了液压支架放煤装置的位置模型,根据放煤效果的计算数据,可以不断提高优化控制记忆放煤数据并调整,这样能够让输送机上的煤流量大小更加稳定。如果放顶煤工作面的煤层变化很大时,这个方法就不适用了。由于放煤与放煤工艺技术密切相关,需要进一步研究改进放煤机箱装置的位置与姿势、煤炭量大小及放煤工艺的关系,逐渐完善和改进自动化记忆放煤控制系统。

参考文献:

[1]靳少博.综放工作面放煤步距数值模拟研究[J].中国矿山工程,2017(06):33-35.

[2]张亚宁,解立赫,张岱岳.综放工作面端头放煤研究进展与展望[J].煤炭工程,2017(10):44-46.

[3]孙利辉,纪洪广,蔡振禹,等.大倾角厚煤层综放工作面放煤工艺及顶煤运动特征试验[J].采矿与安全工程学报,2016(02):50-52.

[4]刘清,孟峰,牛剑峰.放煤工作面支架姿态记忆控制方法研究[J].煤矿机械,2015(05):33-35.

[5]牛俊峰,王芳.自动化综采放顶煤工作面设备选型及参数优化研究[J].机械管理开发,2015(07):60-62.

[6]王红星.提高综采放顶煤工艺煤炭回收率的探索和展望[J].煤,2015(07):30-32.

[7]李光辉,申学栋.提高煤炭资源回收率技术措施初探[J].山东煤炭科技,2011(04):55-57.

[8]张晋.放顶煤初采和末采放煤工艺[J].煤,2018(05):30-32.

作者:郝强 单位:大同煤矿集团有限责任公司马脊梁矿安监站

煤矿自动化放煤控制设计研究

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