CN113137262A - 一种主动防护式自动跟机推溜系统性定量控制方法 - Google Patents

Abstract

一种主动防护式自动跟机推溜系统性定量控制方法，是在综合考虑采煤机、刮板输送机、液压支架和煤矿综采工艺和工作面复杂环境因素后，系统性设计的一套电液控制系统控制方法。本发明依据刮板输送机的机械结构尺寸特征计算出跟机推溜斜坡段最小支架数量，并根据开采工艺要求设计出斜坡段支架的实际数量和推溜停止值。本发明还针对现场采煤机位置的跳变以及工作面复杂情况，设计了安全保护和保障性控制方案。本发明设计实现了支架自动跟机的定量精准控制和推溜过程中刮板输送机安全的主动防护，从根本上决了跟机推溜数值精准量化问题和刮板输送机哑铃销保护问题。本发明适用于各种煤层厚度的自动化和智能化开采，具有普遍适用性。

Description

一种主动防护式自动跟机推溜系统性定量控制方法

技术领域

本发明涉及所有煤层厚度的采煤机或等高摇臂式采煤机工作面的液压支架自动跟机推溜控制方法，尤其是涉及刮板输送机结构保护功能的液压支架自动跟机推溜系统性定量控制方法。

背景技术

随着国家安全监管总局关于开展“机械化换人、自动化减人”科技强安专项行动的展开，煤矿综采工作面自动化项目越来越多，自动化水平和集成度也越来越高，更多的新技术和新概念不断引入综采工作面进行自动化开采和智能化开采。整个行业都在追求高端化和新技术的推广应用，却忽视了对现有设备自动化控制技术细节的完善，尤其是涉及到需要综合考虑多种设备工况的系统性控制技术方法，而这些特定的技术细节却直接关乎综采工作面自动化开采和智能化开采的效果和效率。

现有采用支架电液控制系统进行支架推溜的工作面，无论是手动成组推溜还是自动跟机推溜，均已支架电液控制系统中心，并没有综合考虑采煤机、刮板输送机、液压支架和综采工作面开采工艺和工作面的复杂地质环境，因而推溜控制方法整体简单粗暴，不利于保护机械设备，尤其不利于刮板输送机相关零部件的保护，存在严重的生产安全隐患，且影响自动化开采效果和开采效率。虽然一些电液控制系统设备厂家尝试做一些改进，但并未抓住问题的核心，因而并没有从根本上解决这一问题。

发明内容

针对现有电液控推溜问题，本发明以刮板输送机中部槽、过渡槽和机头尾部的机械结构尺寸以及相对运动机理为出发点，结合采煤机位置、参与自动跟机推溜的支架数量和支架位置、综采工作面开采工艺、工作面的复杂现场环境和电液控制系统自身执行的各种可能情况，通过完善的精准控制方法实现对液压支架自动跟机推溜的系统性定量控制。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：以刮板输送机中部槽、过渡槽和机头尾部的机械结构尺寸以及两节溜槽之间最大的水平旋转角度、斜坡段溜槽中心线弯曲曲线特征、斜坡段参与自动跟机推溜支架数量和所有跟机推溜的支架位置关系为计算基础，对每个自动跟机推溜支架推移千斤顶应该伸出的值进行量化并与支架位置进行关联，并结合采煤机位置信息、综采工作面开采工艺、工作面复杂地质环境和电液控制系统自身执行的各种可能情况，优化自动跟机推溜控制算法以加强该控制方法的适用性和鲁棒性，同时实现精准控制。

一种主动防护式自动跟机推溜系统性定量控制方法，包括以下步骤：

1)根据综采工作面的开采工艺要求和刮板输送机中部槽、过渡槽和机头尾部设计的机械结构和尺寸，确定符合满足采场要求且能最大程度降低刮板输送机疲劳强度的跟机推溜斜坡段支架总数量R，并根据单台跟机推溜支架的位置计算出每次自动跟机推溜的停止值，并将单台支架的每次推溜停止值通过参数或者固化程序写入电液控制系统相关设备。

2)采煤机后方第一个启动自动跟机推溜的支架与采煤机尾滚筒间隔为S个支架，作为自动跟机推溜的安全距离，以确保采煤机运行安全，采煤机左行和右行时可根据需要设置不同的推溜安全距离，以适应现场采煤机标定位置的调整。

3)当采煤机位置每向前移动一个支架号，采煤机后方设定范围的支架依次启动跟机推溜或分若干组启动跟机推溜（组间间隔时间可调）或一次性启动Q个支架自动跟机推溜，任意一台支架启动自动跟机推溜的触发信号为新的采煤机位置，且煤机位置的跳变量不能大于预先设定范围J（J为支架数或其他数值转换而来的支架数），|J|≥2架，J值在设定范围可调，当采煤机位置跳变量大于J时，则认为采煤机位置信息异常，取消自动跟机推溜，以保护设备安全，原则上Q≥R+J+1。

4)参与自动跟机推溜的总支架数Q大于等于自动跟机推溜斜坡段支架总数量R，如果跟机自动推溜的第Q个支架完成R~Q次推溜后，若支架推移行程达到设定停止值，则该支架控制器将标记本架自动跟机推溜功能已完成；若第Q个支架进行Q次跟机推溜后，推溜值仍小于设定的推溜停止值，则该支架取消自动跟机推溜功能，并向服务器和电液控制系统主机反馈推溜不到位信息；若第Q个支架控制器行程传感器故障，则该支架控制器将按时间控制进行Q次推溜后标记本架自动跟机推溜功能已完成。

5)当支架控制器无法获得本架推移千斤顶行程值时，集控系统主机、或电液控制系统主机、或电液控制系统服务器（主控制器）、或遥控器、或本架控制器将通过该控制器左右相邻控制器推溜动作时间的平均值作为该架控制器推溜动作的时间，即可保证自动跟机推溜的连续性，又可有效保护设备。

与现有技术相比，本发明优势在于控制方案的量化可在采煤机、刮板输送机和液压支架进行整体配套时进行，从根源上设计量化数值对设备进行保护，从系统层面进行控制算法优化，不但能有效避免推溜时刮板输送机两节溜槽的钢性碰撞和相对旋转造成的磨损，还能有效降低两节溜槽连接件压力销的疲劳度，延长使用寿命降低故障率。此外，还能保证完成跟机推溜部分刮板输送机的平直度和斜坡段溜槽与其前后溜槽相连的平滑性。同时，本发明还可避免因采煤机位置跳变、电液控制系统内部通讯异常、行程传感器异常导致的跟机推溜控制不连续不到位的情况，且该控制方法不受支架电液控制系统结构限制，具有普遍适用性。

附图说明

图1是刮板输送机中部槽侧视图

图2是刮板输送机斜坡段弯曲度分析图

图3是刮板输送机斜坡段弯曲度及推移量量化分析计算图

图4是支架自动跟机推溜动作顺序示意图

图5是自动跟机定量推溜控制方法流程图。

具体实施方式

相对于支架电液控制系统而言，采煤机位置信息指其设定煤机位置参考点所在的支架号，该支架号为正整数。实际自动化开采工程中采煤机位置一般情况下均按支架号加1或支架号减1的方式连续变化。下面结合附图对本发明的实施例做进一步的详细描述，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

本发明所述的主动防护式自动跟机推溜系统性定量控制方法，按下述步骤进行：

1)某项目中，工作面宽度280米，使用160台液压支架，支架中心距1750mm，推移步距900mm，配有16功能支架电液控制系统，电液控制系统配有行程为960mm的行程传感器。如图1和图2所示，刮板输送机中部槽宽度1200mm,长度1750mm，两节中部槽允许最大水平偏转角度为1°。如图3所示，确定能最大程度降低刮板输送机疲劳强度的跟机推溜斜坡段支架总数量10架，并根据单台跟机推溜支架的位置计算出每次自动跟机推溜的停止值并将单台支架的每次推溜停止值固化在电液控制系统的控制器程序中，具体为任意一台支架第1次推溜停止值为15mm；第2次为62mm;第3次为139mm;第4次为252mm;第5次为386mm;第6次为539mm;第7次为676mm;第8次为782mm;第9次为858mm;第10次为900mm;若第10次推溜未达到900mm,则第11,12,13次进行补充推溜，确保推溜停止值达到设定值。

2)如图4所示，工作面左侧为支架号小的方向，右侧为支架号大的方向。采煤机机身为11台支架的宽度，采煤机位置标定点为采煤机中点，采煤机采用轴编码器的方式测得采煤机在工作面的具体位置数值，并将该数值通过集控主机转换成对应支架号后下发给支架电液控制系统。电液控制系统跟机采煤机斜坡段自动跟机推溜支架数为10架，整体跟机推溜支架数为13架，跟机推溜安全区域为10架。

3)采煤机位置每向左前移个支架号，采煤机后方自动跟机推溜的支架范围也向左移动一个支架，并依次启动跟机推溜。如图4所示，推溜范围为采煤机后滚筒后方第11至第23个支架，当采煤机位置从40号支架移动到39号架后，跟机推溜支架范围为第55号支架到67号支架。当采煤机位置从39号支架移动到38号架后，跟机推溜支架范围为第54号支架到66号支架。当采煤机位置从38号支架移动到37号架后，跟机推溜支架范围为第53号支架到65号支架。采煤机位置跳变量为1，总体推溜支架数量13架＞斜坡段支架10架+煤机位置跳变量1+1。

4)参与自动跟机推溜的总支架数13大于自动跟机推溜斜坡段支架总数量10。跟机自动推溜的第13个支架完成10次推溜后，支架推移行程达到设定停止值，该支架控制器标记本架自动跟机推溜功能已完成。如果第13个支架进行13次跟机推溜后，推溜值仍小于设定的推溜停止值，则该支架取消自动跟机推溜功能，并向服务器和电液控制系统主机反馈推溜不到位信息；若第13个支架控制器行程传感器故障，则该支架控制器将按时间控制进行13次推溜后标记本架自动跟机推溜功能已完成。

5)如果支架控制器无法获得本架推移千斤顶行程值时，本架控制器通过该控制器左右相邻控制器推溜动作时间的平均值作为该架控制器推溜动作的时间完成推溜动作。即可保证自动跟机推溜的连续性，又可有效保护设备。

本发明的工作原理为：

本发明是从刮板输送机和液压支架结构尺寸为出发点，并通过连接尺寸的理论计算得出控制方法所需要的精确值，并结合现场环境的特殊性，设计出具体的控制算法。如图5所示，首先判定采煤机位置是否存在异常，并根据条变量进行初步的逻辑判断，若采煤机位置长期无变化或跳变量大于允许值，则取消自动跟机推溜功能；若采煤机位置变化在允许范围内，再根据跟机自动推溜功能和所在跟机位置判定是否参与跟机推溜，保证没有开启推溜功能的支架和不在推溜范围内的支架不动作；然后再根据行程值和动作时间来控制推溜，确保电液控制系统能尽可能多次数尝试完成精准推溜，以适应现场的复杂性；若即将动作的支架行程值远远大于左或右临架的行程值，则预先取消本次推溜以主动保护设备安全。

Claims (6)

1.一种主动防护式自动跟机推溜系统性定量控制方法，包括刮板输送机，与刮板输送机相连的液压支架推移千斤顶、与液压支架配套的电液控制系统，其特征在于，以刮板输送机中部槽、过渡槽和机头尾部的机械结构尺寸以及相对运动机理为出发点，结合采煤机位置、参与自动推溜的支架数量和跟机推溜的支架位置、综采工作面开采工艺、工作面的复杂地质环境和电液控制系统自身执行的各种可能情况，实现对液压支架自动跟机推溜的系统性定量控制。

2.一种如权利要求1所述的主动防护式自动跟机推溜系统性定量控制方法，其特征在于，适用于各种不同煤层开采厚度的采煤机和等高摇臂式采煤机工作面，并适用于单一自动跟机推溜工作面和不同程度的自动或智能开采工作面。

3.一种如权利要求1所述的主动防护式自动跟机推溜系统性定量控制方法，其特征在于，适用于自动跟机推溜启动命令来源于集控主机、电液控制系统主机、无线遥控器、电液控制系统服务器或功能相当与服务器的主导设备和具有自主自动跟机推溜控制功能的控制器，跟机推溜范围大于等于跟机推溜斜坡段支架数。

4.一种如权利要求1所述的主动防护式自动跟机推溜系统性定量控制方法，其特征在于，煤机位置的定义可以为煤机机械结构的中心位置，或指定煤机机身任意指定位置作为煤机位置。

5.一种如权利要求1所述的主动防护式自动跟机推溜系统性定量控制方法，其特征在于，采煤机位置信息来源包括电液控制系统所用的煤机位置红外识别定位技术、UWB识别定位技术、RFID识别定位技术、ZigBee识别定位技术、Wi-Fi识别定位技术、CSS识别定位技术,也包括采煤机通过上述识别定位技术、轴编码器定位技术和惯性导航定位技术所获取的采煤机位置信息并通过有线或无线的方式直接或间接传输给电液控制系统。

6.一种如权利要求1所述的主动防护式自动跟机推溜系统性定量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）根据综采工作面的开采工艺要求和刮板输送机中部槽、过渡槽和机头尾部设计的机械结构和尺寸，确定符合满足采场要求且能最大程度降低刮板输送机疲劳强度的跟机推溜斜坡段支架总数量R，并根据单台跟机推溜支架的位置计算出每次自动跟机推溜的停止值，并将单台支架的每次推溜停止值通过参数或者固化程序写入电液控制系统相关设备；

2）采煤机后方第一个启动自动跟机推溜的支架与采煤机尾滚筒间隔为S个支架，作为自动跟机推溜的安全距离，以确保采煤机运行安全，采煤机左行和右行时可根据需要设置不同的推溜安全距离，以适应现场采煤机标定位置的调整；

3）当采煤机位置每向前移动一个支架号，采煤机后方设定范围的支架依次启动跟机推溜或分若干组启动跟机推溜（组间间隔时间可调）或一次性启动Q个支架自动跟机推溜，任意一台支架启动自动跟机推溜的触发信号为新的采煤机位置，且煤机位置的跳变量不能大于预先设定范围J（J为支架数或其他数值转换而来的支架数），|J|≥2架，J值在设定范围可调，当采煤机位置跳变量大于J时，则认为采煤机位置信息异常，取消自动跟机推溜，以保护设备安全，原则上Q≥R+J+1；

4）参与自动跟机推溜的总支架数Q大于等于自动跟机推溜斜坡段支架总数量R，如果跟机自动推溜的第Q个支架完成R~Q次推溜后，若支架推移行程达到设定停止值，则该支架控制器将标记本架自动跟机推溜功能已完成；若第Q个支架进行Q次跟机推溜后，推溜值仍小于设定的推溜停止值，则该支架取消自动跟机推溜功能，并向服务器和电液控制系统主机反馈推溜不到位信息；若第Q个支架控制器行程传感器故障，则该支架控制器将按时间控制进行Q次推溜后标记本架自动跟机推溜功能已完成；

5）当支架控制器无法获得本架推移千斤顶行程值时，集控系统主机、或电液控制系统主机、或电液控制系统服务器（主控制器）、或遥控器、或本架控制器将通过该控制器左右相邻控制器推溜动作时间的平均值作为该架控制器推溜动作的时间，即可保证自动跟机推溜的连续性，又可有效保护设备。

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