综采面采煤机与运输机负荷平衡控制研究

1、综采面采煤机与运输机负荷平衡控制研 究惠武功陕西汇森煤业开发有限责任公司摘要：通过对凉水井煤矿42112综采工作面口前现状以及对自动化控制方面提出的要 求进行深入探讨实践，总结出一种采煤机与刮板运输机配合控制方式，实现两 者之间的负荷平衡，解决了在采煤过程中，由于采煤机速度过快或其他因素引 起的落煤量太大，导致刮板运输机负荷过大而停机的问题。通过这种控制方式的 研究和实践论证，确保了生产的连续性，提高了工作面生产效率，同吋降低了 工作面能耗，并创造了显著的经济效益。关键词：综采工作面;负荷平衡;连续牛产;作者简介：惠武功（1963）,男，陕西富平人，1986年毕业于西安矿业学院, 高级工程师，

2、现从事煤矿建设生产管理工作。收稿日期：2017-03-03research on the load balancing control of shearer and conveyor in fully mechanized mining facexi wu-gongshaanxi huisen coal industry development co.,ltd.;abstract：by anabzing the production status and the requirement for automatic control of no. 42112 mining face in lian

3、gshui jing coal mine, a coordinated control mode of shearer and conveyor was proposed, which realizes the load balanee between the two, and solves the problem that the speed of the coal mining machine is too high or other factors to cause too much coal fall in the coal mining process, so that the sc

4、raper conveyor load is too large and the machine is stopped. the research and practice of the control mode ensures the continuity of production, improves the production efficiency of the working face, reduces the energy consumption of the working face and creates remarkable economic benefits.keyword

5、：fully mechanized mining face; load balance; continuous production;received： 2017-03-03o引言近年来，凉水井煤矿综采工作面的自动化水平不断提高，主要是采煤机、液压支 架及刮板运输机等设备的单机自动化控制能力得到了很大的提升，这些设备的 自动化程度不断提高，但牛产效率更取决于先进设备间科学的协同控制，木文 就如何实现采煤机与刮板运输机的协同控制及负荷平衡进行研究，实践总结岀 一套针对采煤机与刮板运输机生产配合问题的有效解决方案。1 42112综采面采煤机与刮板运输机概况42112综采工作面采煤机型号为mg900

6、/2400-wd,其具体参数见表1。该采煤机具有如下优点：（1）牵引及截割功率大，能适应大倾角煤层开采的需 要；（2）能轻易实现遥控，牵引实现无级调速；（3）采煤机控制、操作可靠方便。42112综采工作面刮板运输机型号为sgz1000/3x1000,其具体参数见表2。刮板运输机采用变频启动时，能实现刮板运输机的软启动，在实际运行时，能 通过调节变频器输出频率实现对运行速度的调节。表1 mg900/2400-wd采煤机基本参数下载原表下载原表表2 sgz1000/3x1000刮板运输机基本参数2采煤机与刮板运输机的负荷平衡42112综采工作面的生产连续性对凉水井煤矿出煤起着至关重要的作用，而采

7、煤机与刮板运输机之间的配合运行情况直接影响着工作面连续生产。2.1刮板运输机调速电动机是依靠输出转矩来驱动设备，变频器转矩a和负载转矩t。关系如下。图1电动机变频驱动特性曲线下载原图当t厂t°>0时，设备加速；当t-to<0时，设备减速；当t-to=o时，设备匀速运行。由图1可知，儿为变频器转矩，t。为负载转矩，at为变频器转矩与负载转矩的 差，如()，则设备加速运行，如!/(),则设备减速运行，当&(),即设 备处于速度平衡状态，设备匀速运行。在采煤过程中，为实现采煤过程的连续性，在空载时，为降低刮板运输机的运 行速度，达到节能降耗的目的，变频器在实际使用中可进

8、行2种变量控制:转速 控制与转矩控制，根据变频器的特点，可在设备启动或负荷变化较大时采用转 矩控制，正常运行时采用转速控制。在外部条件满足工作面采煤吋(带式运输 机、转载机、破碎机均已开启)，启动刮板运输机，由于此时并不知道刮板运输 机上是否存有煤，因此启动刮板运输机时，要采用恒转矩控制方式，保证变频 器能输出足够的转矩将刮板运输机启动。变频器v/f控制的基木思想是v/f二c,因此定义在频率为匚时，山的表达式为 ux/fx=c,其中c为常数，就是“压频比系数”。基本v/f控制曲线如图2所示。 图2中的曲线就是一种比较简单的v/f控制曲线，针对负载不会产生变化的情况 比较适用，但刮板运输机在工作

9、而生产时，其负载是在不断变化的，而且规律 性不强，因此，需要找出一种适用于综采工作面的变频器的v/f控制曲线(如 图3所示)。图2基本v/f控制曲线 下载原图图3改进v/f控制曲线 下载原图 刮板运输机启动时，可根据负载分以下情况:空载时，为减少启动对电网冲击， 釆用降转矩的方式启动。另外，定义在电动机额定频率一半（即50%fn）时的输 出电压是电动机额定电压的30%时（即30%vn）为曲线1;35%vn为曲线2;40%vn为 曲线3;45%vn为曲线4。而在刮板运输机带载时，为提高输出转矩，须提高输出 电压，按照曲线5运行。2. 2刮板运输机与采煤机负荷平衡采煤机与刮板机的牛产过程:采煤过程

10、中主要是对落煤速度的控制，采煤机前后 滚筒在割煤过程中，煤块不断掉落到刮板运输机上，刮板运输机的负荷会不断 地增加，当达到其负荷的警戒值时，通过向采煤机下达减速指令，达到对生产 过程的调节。采煤机与刮板机负荷关系:将工作面的煤炭质量作为主要变量进行控制，设采煤 机的采煤时的落煤量为a,刮板运输机转载机上输煤量为a,假设釆煤机在工 作面匀速前进时，工作面单位长度煤存量为p,采煤机采煤吋运行速度j刮板 运输机运行速度兀 刮板运输机单位长度存煤量为x,刮板运输机额定运煤量为 q. t为运行时间，则有如下公式：则刮板运输机上存煤量为:负荷平衡控制原理：（1）若采煤机在采煤过程中为刮板运输机采用转速控制

11、模 式，当采煤机与刮板运输机运行方向相反时（假设采煤机从刮板运输机机头向 机尾运行吋的吋间为t。），随着吋间t增加，刮板运输机上的煤量会越来越多, 导致刮板运输机的负荷会越來越大，即公式（2）屮qs-q“0，随着刮板运输机 的负荷不断增大，刮板运输机电流也会不断增大，若电流达到最大值的85%, 可通过通知采煤机进行降速，降低20%,若刮板运输机负荷继续增加，再将采 煤机运行速度降低20%,若刮板运输机上的煤量慢慢减少后，当刮板运输机负 荷降到50%时，再将采煤机的采煤速度提到原值；（2）若采煤机与刮板运输机运 行方向一致，则刮板运输机上煤量计算公式同式（2），但由于采煤机与刮板运 输机方向一致

12、，刮板运输机上存煤的空间随着采煤机运行会越来越少，如果采 煤机还是按照较快速度运行，则刮板运输机上的单位存煤量会越来越多，甚至 会有很多煤不能及时装载到刮板运输机上，导致煤堆在刮板运输机下，影响采 煤机运行。这种运行情况下，可采用将刮板运输机的运行速度提高，若刮板运输 机的速度达到上限后，仍不能减少煤量，可降低采煤机运行速度。刮板运输机恒速控制模式:无论采煤机与刮板运输机运行方向是否同向，若出现 刮板运输机负荷快速上升的情况d_/dt>c （c为设定值）,经过滤波（去除干扰） 后，若山/山仍然大于c,则降低采煤机速度，将刮板运输机负荷控制在警戒线 以下。图4刮板运输机恒速模式下载原图a-

13、刮板运输机负荷；b-刮板运输机速度图4 q）中，负荷曲线显示为刮板运输机负荷情况，图4 （b）中，转速曲线为 2条曲线，直线为刮板运输机速度曲线，折线为采煤机速度曲线，上图所示的 速度调节曲线是以刮板运输机为基准进行控制，即对刮板运输机的变频器采用 速度控制，保持刮板运输机速度恒定，在图中，从心时刻开始，随采煤机速度 不断地增加，刮板运输机的负荷也会不断增大，当刮板运输机负荷达到额定负 荷的80% （可设定），即从t2到d吋间段内刮板运输机的负荷与采煤机采煤速度 达到一个平衡状态，一般情况下，工作面均采用这种状态进行采煤，可以达到 较高的生产效率，从s开始，刮板运输机负荷继续从80%向上增加，

14、达到85%后, 达到了警戒值，开始对采煤机的速度进行干预，降低采煤机速度，一直降到 50%,在时刻s再将采煤机的速度增加，提升工作面采煤速度。采煤机恒速控制模式:采煤机恒速模式如图5所示，采取采煤机速度恒定控制， 即采煤机采用固定速度运行，在时刻随着采煤机不断采煤，刮板运输机速度 及负荷都在不断增加，从t2时刻开始，刮板运输机的负荷达到80%额定负荷，刮 板运输机负荷、速度与采煤机采煤速度达到平衡，在s时刻，刮板运输机负荷 达到了额定负荷的85%,采煤机速度恒定，则需将刮板运输机的速度提高，才 能降低刮板运输机上的煤量，随着刮板运输机速度的增加，刮板运输机上煤量 不断减少，从而降低了刮板运输机

15、的负荷，当在s时刻刮板运输机的负荷降到 了其额定负荷的50%,再将刮板运输机速度调节到正常运行速度。图5采煤机恒速模式下载原图3-刮板运输机负荷;b-刮板运输机速度综合控制模式:在实际应用中，刮板机恒速模式和采煤机恒速模式这2种情况均 可能发生，因此将以上2种控制模式进行综合，首先可采用采煤机速度恒定模 式，如果在采煤过程中，刮板运输机的负荷超过警戒值时，需将刮板运输机速 度提高，如果提高后仍不能降低刮板运输机负荷，则需将采煤机的运行速度降 低，采取刮板运输机速度恒定模式，直到刮板运输机负荷降到50%额定负荷后， 再恢复到采煤机速度恒定模式。3工程效益经过42112综釆工作面大量牛产实践证明，

16、将釆煤机牵引控制与刮板输送机的 变频控制结合起来，能够有效保障综采工作面生产实现连续性，2016年6、8月， 原班正常连续生产58 d,较上半年同比増长18%。同时，通过保障开机率降低了 工作面的启动能耗，进而创造显著的经济效益。以同比增长的连续生产圆班数量为计算基础，平均每个圆班同比节约30 min, 1 个回采正规循环耗时约50 min,出煤量1 200 t,每吨煤毛利润按80元/t则参 照42112综采工作面同期生产效率计算可得创造的经济效益为：以刀度电量统计考核结果为计算基础，假定因频繁启动采煤机或者刮板运输机 所耗费的电量占同比节省电量的20%,工业用电按0.6元/kwh计算，以生产30 万1耗电量为衡量指标，同比2016年上半年则可计算出68月42112综采工作 面月均每万吨创造的经济效益为：4结论(1) 将采煤机牵引控制与刮板输送机的变频控制结合起来，采用混合控制模式, 实现负荷平衡控制能有效保障综采面生产的连续性，提高开机率。(2) 采吧负荷平衡控制后58天创效益601 344元;刀均每万吨煤节约电能效益 129. 19 元。参考文献1 李悴健综采工作而控制策略及其系统的研究d.阜新:辽宁工程技术大学， 2012.2 马正兰变速截割采煤机关键技术研究d徐州：中国矿业大学，2014.3 毛君刮板输送机动力学行为