本發(fā)明涉及一種高瓦斯礦井采煤工藝，特別是高瓦斯礦井綜采工作面記憶截割三角煤自動化系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

綜采自動化技術(shù)在國內(nèi)起步較晚，尤其是針對高瓦斯礦井綜采工作面來說，由于受到煤層瓦斯的影響，對井下作業(yè)人員的生命安全造成了嚴(yán)重威脅，同時也間接制約了綜采工作面生產(chǎn)效率的提高。目前，綜采自動化技術(shù)已經(jīng)在很多大中型礦井開始推廣應(yīng)用，但受到地質(zhì)條件和技術(shù)條件的制約，自動化應(yīng)用程度不盡相同，綜采工作面在回采過程中，尤其是傳統(tǒng)的割三角煤工藝，涉及到端頭管理，采煤機(jī)與支架獨立作業(yè)，各崗位人員參與多，作業(yè)環(huán)境不安全因素多。但由于技術(shù)條件不成熟，自動割三角煤功能一直處于探索當(dāng)中，在高瓦斯環(huán)境下的安全自動化智能化控制系統(tǒng)研究還處于初期階段，目前，我國大力推進(jìn)工業(yè)化4.0，為實現(xiàn)煤礦智能化生產(chǎn)模式，利用煤礦環(huán)境、設(shè)備等多因素的大數(shù)據(jù)分析，對工作面瓦斯?jié)舛?、煤機(jī)速度、礦壓、通風(fēng)等多種因素進(jìn)行綜合分析，綜采工作面的智能化割煤，自動化跟機(jī)技術(shù)研究成為高瓦斯礦井無人化采煤技術(shù)研究發(fā)展方向。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題給提供一種高瓦斯礦井綜采工作面記憶截割三角煤自動化系統(tǒng)及方法，從而通過綜合分析采煤機(jī)速度、工作面頂板壓力對工作面高瓦斯的影響度，實現(xiàn)采煤機(jī)割煤速度的智能控制，使用割煤速度、礦壓等多因素綜合解決高瓦斯問題。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供的一種高瓦斯礦井綜采工作面記憶截割三角煤自動化系統(tǒng)，包括液壓支架電液控制系統(tǒng)、采煤機(jī)控制系統(tǒng)和順槽監(jiān)控主機(jī)，液壓支架電液控制系統(tǒng)和采煤機(jī)控制系統(tǒng)分別與順槽監(jiān)控主機(jī)連接，工作面加裝瓦斯傳感器，將工作面瓦斯傳感器數(shù)據(jù)通過綜合接入器轉(zhuǎn)送到順槽監(jiān)控主機(jī)上，同時采煤機(jī)速度信息傳送到監(jiān)控主機(jī)，將工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)的工作面礦壓數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控主機(jī)，按照系統(tǒng)設(shè)定的瓦斯?jié)舛赛c進(jìn)行配置，對采煤機(jī)速度進(jìn)行調(diào)節(jié),實現(xiàn)采煤機(jī)牽引速度與瓦斯?jié)舛嚷?lián)動控制。

進(jìn)一步地，包括向液壓支架供液的乳化液泵，采用雙進(jìn)雙回的供液方式，在進(jìn)液管沿線每隔十架支架加裝壓力傳感器，實時監(jiān)測進(jìn)液管路沿線壓力與泵站出口壓力的變化，根據(jù)自動跟機(jī)過程中采煤機(jī)的速度、乳化液泵站壓力與工作面支架用液之間關(guān)系的數(shù)據(jù)的分析自動調(diào)節(jié)乳化液泵運行臺數(shù)。

進(jìn)一步地，所述的液壓支架電液控制系統(tǒng)包括支架控制器、壓力傳感器、行程傳感器、紅外傳感器、電液換向閥、電源箱和信號轉(zhuǎn)換器，在工作面每臺液壓支架上配置一臺支架控制器，支架控制器之間按順序互聯(lián)成網(wǎng)，搭建一條貫穿于綜采工作面的數(shù)據(jù)通信鏈路將綜采工作面礦壓數(shù)據(jù)，液壓支架推移數(shù)據(jù)傳送到了順槽監(jiān)控主機(jī)上進(jìn)行集中監(jiān)測監(jiān)控。

進(jìn)一步地，采煤機(jī)控制系統(tǒng)包括采煤機(jī)紅外線位置檢測傳感器、左右搖臂采高傳感器、行走部的位移傳感器和傾角傳感器。

進(jìn)一步地，所述的工作面的支架控制器因供電關(guān)系而被分組，相鄰的6個支架控制器由一路獨立的直流電源供電，成為一個控制器組，分組的標(biāo)志是組與組之間都接入一個隔離耦合器，它隔斷了組與組間的電氣聯(lián)接而又通過光電耦合溝通數(shù)據(jù)通信信號。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種高瓦斯礦井綜采工作面記憶截割三角煤自動化方法，采用以上所述的系統(tǒng)，整個工作面采煤機(jī)割煤過程軌跡呈現(xiàn)z字形，先行采煤機(jī)割透整個工作面，然后由液壓支架推行形成三角煤彎曲段，采煤機(jī)斜切進(jìn)刀，然后回刀吃掉三角煤，完成完整一刀的采煤過程；液壓支架跟隨采煤機(jī)位置進(jìn)行跟機(jī)作業(yè)，采用提前過架支撐，實現(xiàn)三角煤割煤過程中的超前支護(hù)，采煤機(jī)到達(dá)指定位置后等待支架動作完成信號，采煤機(jī)接收到支架完成信號后進(jìn)行下一步指令，建立閉環(huán)的控制系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，以上所述的方法包括步驟：

①機(jī)頭第一刀割上刀

割煤場景：采煤機(jī)從中部往機(jī)頭自動割煤，牽引至第一折返點，牽停，降左滾筒；初始態(tài)：左滾筒割頂?shù)?、右滾筒割底刀；第一折返點：左滾筒割底刀、右滾筒割底刀；采煤機(jī)從中部往機(jī)頭方向自動割煤，每節(jié)支架隨著采煤機(jī)依次自動移動；

②機(jī)頭第一刀割底刀

割煤場景：采煤機(jī)從機(jī)頭往中部上行至拉架等待架，牽停，等待拉架信號；初始態(tài)：左滾筒割底刀、右滾筒割底刀；

③機(jī)頭第一刀掃煤

割煤場景：采煤機(jī)在設(shè)定區(qū)域里進(jìn)行掃煤作業(yè)；初始態(tài)：左滾筒割底刀、右滾筒割底刀；掃煤流程如下：

1）從右到左第一次，前、后滾筒在設(shè)置的臥底范圍，采煤機(jī)往機(jī)頭下行；

2）煤機(jī)到機(jī)頭設(shè)定的減速區(qū)時采煤機(jī)減速，以防割機(jī)頭支架和設(shè)備；

3）煤機(jī)到設(shè)定的第一折返點時，采煤機(jī)換向，并給定速度；

4）煤機(jī)到設(shè)定的第二折返點時，采煤機(jī)換向，速度不變；

5）煤機(jī)按照設(shè)定的掃煤次數(shù)在掃煤區(qū)域內(nèi)重復(fù)執(zhí)行掃煤動作；

④機(jī)頭第一刀掃煤結(jié)束

割煤場景：采煤機(jī)從機(jī)頭往中部上行；初始態(tài)：左滾筒割底刀、右滾筒割底刀；彎曲段：左滾筒割底刀、右滾筒割頂?shù)?；等待架：左滾筒割頂?shù)丁⒂覞L筒割底刀；分為以下三種情況，

1）、正常結(jié)束掃煤工藝

按照正常工藝掃煤結(jié)束時，采煤機(jī)由機(jī)頭向中部上行，至彎曲段時，前滾筒割頂?shù)?，后滾筒割底刀，牽引至等待架時牽停，等待推溜信號；

2）、提前結(jié)束掃煤階段

在掃煤次數(shù)沒有達(dá)到設(shè)定值時，人工給向右信號，采煤機(jī)使出第二折返點+2架時，認(rèn)為掃煤結(jié)束，采煤機(jī)由機(jī)頭向中部上行，至彎曲段時，前滾筒割頂?shù)?，后滾筒割底刀，牽引至等待架時牽停，等待推溜信號。

3)、需要增加掃煤次數(shù)

在掃煤次數(shù)達(dá)到設(shè)定值時，人工給向左信號，采煤機(jī)再次反刀割煤，認(rèn)為掃煤干凈時，給采煤機(jī)向右信號駛出第二折返點時掃煤結(jié)束，采煤機(jī)由機(jī)頭向中部上行，至彎曲段時，前滾筒割頂?shù)?，后滾筒割底刀，牽引至等待架時牽停，等待推溜信號。

⑤機(jī)頭第二刀割上刀

割煤場景：采煤機(jī)收到推溜完成信號，牽引至第一折返點，牽停，降左滾筒；初始態(tài)：左滾筒割頂?shù)?、右滾筒割底刀；第一折返點：左滾筒割底刀、右滾筒割底刀。

本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

1）打破瓦斯突出工作面煤機(jī)速度單一指標(biāo)限制，依據(jù)瓦斯?jié)舛瓤刂撇擅簷C(jī)速度，建立瓦斯?jié)舛?、采煤機(jī)速度、礦壓等多參數(shù)融合的智能割煤控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工作面產(chǎn)能最大化。

2）對采煤機(jī)割煤速度、液壓支架跟機(jī)動作數(shù)量和泵站供液能力等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，建立采煤機(jī)、液壓支架、乳化液泵站綜合協(xié)調(diào)作業(yè)的跟機(jī)自動化綜合系統(tǒng)。

3）使用提前過架超前支護(hù)、“煤機(jī)+支架”互為連鎖控制，實現(xiàn)了煤與瓦斯突出礦井“采煤機(jī)自動截割三角煤+支架自動跟機(jī)”的全自動化跟機(jī)功能，解決了礦壓顯性，滾幫嚴(yán)重的三角煤區(qū)域跟機(jī)工藝難題。

附圖說明

圖1為液壓支架電液控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖2為采煤機(jī)牽引速度與瓦斯?jié)舛嚷?lián)動控制系統(tǒng)連接圖。

圖3為工作面采煤機(jī)割煤運行軌跡。

圖4為采煤機(jī)初始態(tài)進(jìn)入三角區(qū)。

圖5為采煤機(jī)割透機(jī)頭(16-21架補(bǔ)充推溜形成彎曲段)。

圖6為采煤機(jī)牽停降滾筒。

圖7為采煤機(jī)工作示意圖。

圖8為采煤機(jī)等待拉架動作（7-13架補(bǔ)充拉架）。

圖9為采煤機(jī)在拉架完成后進(jìn)入掃煤階段。

圖10為采煤機(jī)至右向左進(jìn)行掃煤作業(yè)。

圖11為采煤機(jī)至左向右進(jìn)行掃煤作業(yè)。

圖12為采煤機(jī)掃煤完成后向中部斜切進(jìn)刀（21-3架依次推溜）。

圖13為采煤機(jī)進(jìn)刀完成后等待推溜信號。

圖14為采煤機(jī)調(diào)整滾筒姿勢。

圖15為采煤機(jī)第二刀機(jī)頭割頂?shù)丁?/p>

圖16為采煤機(jī)割頂?shù)吨Ъ軇幼鳌?/p>

圖17為采煤機(jī)割透機(jī)頭（14-29架依次拉架）。

圖18為采煤機(jī)調(diào)整滾筒姿勢。

圖19為采煤機(jī)至左向右進(jìn)行掃煤作業(yè)。

圖20為采煤機(jī)至右向左進(jìn)行掃煤作業(yè)。

圖21為采煤機(jī)掃煤完成機(jī)頭支架拉架。

圖22為采煤機(jī)向中部自動割煤。

圖23為跟機(jī)轉(zhuǎn)推形成蛇形段。

圖24為斜切進(jìn)刀的根據(jù)程序。

圖25為割三角煤的根據(jù)程序。

圖26為清浮煤的根據(jù)程序。

圖27為下一刀的根據(jù)程序。

圖中，1-支架控制器，2-電源，3-隔離耦合器，4-fpga型隔離耦合器，5-綜合接入器，6-攝像頭，7-持續(xù)器，8-瓦斯傳感器，9-監(jiān)控主機(jī)，10-交換機(jī)，11-采煤機(jī)。

具體實施方式

本發(fā)明一種典型的實施方式提供一種高瓦斯礦井綜采工作面記憶截割三角煤自動化系統(tǒng)，包括液壓支架電液控制系統(tǒng)、采煤機(jī)控制系統(tǒng)和順槽監(jiān)控主機(jī)，液壓支架電液控制系統(tǒng)和采煤機(jī)控制系統(tǒng)分別與順槽監(jiān)控主機(jī)連接，工作面加裝瓦斯傳感器，將工作面瓦斯傳感器數(shù)據(jù)通過綜合接入器轉(zhuǎn)送到順槽監(jiān)控主機(jī)上，同時采煤機(jī)速度信息傳送到監(jiān)控主機(jī)，將工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)的工作面礦壓數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控主機(jī)，按照系統(tǒng)設(shè)定的瓦斯?jié)舛赛c進(jìn)行配置，對采煤機(jī)速度進(jìn)行調(diào)節(jié),實現(xiàn)采煤機(jī)牽引速度與瓦斯?jié)舛嚷?lián)動控制。

通過瓦斯?jié)舛取⒉擅簷C(jī)速度、壓力的關(guān)系趨勢，實現(xiàn)采煤機(jī)牽引速度與瓦斯?jié)舛嚷?lián)動控制功能。通過將煤機(jī)割煤速度、礦壓與瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行智能關(guān)聯(lián)控制，有效的控制了在采煤生產(chǎn)作業(yè)過程中的瓦斯?jié)舛?，提高了煤礦安全生產(chǎn)系數(shù)，通過實現(xiàn)全工作面的跟機(jī)自動化控制，在順槽監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控，從而將煤礦工人從惡劣的工作面采煤環(huán)境中解放出來，改善了煤礦工人的勞動環(huán)境，降低了操作人員的勞動強(qiáng)度。

綜采工作面自動化系統(tǒng)是自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、設(shè)備工況監(jiān)測及故障診斷技術(shù)、電液控制技術(shù)、集中控制技術(shù)等多種自動化技術(shù)的融合，從而構(gòu)成機(jī)電一體化的綜合機(jī)械化采煤自動化技術(shù)。自動化采煤工作面關(guān)鍵技術(shù)包括:液壓支架電液控制技術(shù);采煤機(jī)自動采煤技術(shù);支架電液控與采煤機(jī)數(shù)據(jù)交互技術(shù)；順槽集中控制技術(shù)(三機(jī)控制、泵站控制)。

液壓支架電液控制系統(tǒng)

液壓支架電液控制系統(tǒng)進(jìn)行液壓支架控制，液壓支架電液控制系統(tǒng)由支架控制器、壓力傳感器、行程傳感器、紅外傳感器、電液換向閥、隔離耦合器、電源箱、信號轉(zhuǎn)換器、監(jiān)控主機(jī)及連接電纜等組成，全工作面電液控制系統(tǒng)的配置與連接圖1所示。在工作面每臺液壓支架上配置一臺支架控制器1，支架控制器1之間按順序互聯(lián)成網(wǎng)，搭建了一條貫穿于綜采工作面的數(shù)據(jù)通信鏈路，它將綜采工作面礦壓數(shù)據(jù)，液壓支架推移數(shù)據(jù)等信息傳送到了順槽監(jiān)控中心計算機(jī)上進(jìn)行集中監(jiān)測監(jiān)控。工作面的支架控制器1因供電關(guān)系而被分組，相鄰的6個支架控制器1由一路獨立的直流電源2供電，成為一個控制器組。分組的標(biāo)志是組與組之間都接入一個隔離耦合器3，它隔斷了組與組間的電氣聯(lián)接而又通過光電耦合溝通數(shù)據(jù)通信信號，這種方式是為達(dá)到本質(zhì)安全性能所采取的措施。此外隔離耦合器3為電源引2入提供通道。所有支架控制器1靠干線電纜互聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)。干線電纜從端頭架控制器開始順序?qū)⑷恐Ъ芸刂破?聯(lián)接起來。每個支架控制器1都有地址編號，地址號是按順序連續(xù)的。干線電纜有4根芯線，其中3根為貫通的公共線:1號芯線為電源12v，2號芯線是稱為tbus的所有支架控制器1間公共的通信總線，3號芯線是稱為bidi的鄰架間的通信線，4號芯線為電源ov，也是通信信號的公共的零電位點。系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)終端器、總線提升器均為保證系統(tǒng)正常工作所必須的輔助裝置。

為保證電液控數(shù)據(jù)的實時性可靠性，對工作面數(shù)據(jù)通訊方式提出了冗余的設(shè)計方案，增配fpga型隔離耦合器4，將工作面的綜合接入器5耦合到電液控系統(tǒng)，綜合耦合器之間連接有持續(xù)器7，為電控批量傳感數(shù)據(jù)傳輸提供以太網(wǎng)高速通道。圖1為本發(fā)明液壓支架電液控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

液壓支架電液控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)液壓支架的支架單動作手動控制，單支架的降柱-移架-升柱自動控制，成組支架程序控制，液壓支架的跟隨采煤機(jī)位置的自動控制，壓力傳感器用來檢測工作面頂板壓力，立柱在工作中發(fā)生卸載時的自動補(bǔ)壓功能，使工作面頂板壓力達(dá)到預(yù)設(shè)的初撐力，實現(xiàn)工作面頂板壓力的安全管理，行程傳感器用來進(jìn)行液壓支架的推移控制，該傳感器是實現(xiàn)工作面液壓支架自動跟隨采煤機(jī)位置實現(xiàn)自動推移的關(guān)鍵部件，紅外傳感器用來檢測采煤機(jī)所在的位置，可以通過采煤機(jī)位置，按照采煤工藝，實現(xiàn)液壓支架的自動跟機(jī)控制。液壓支架電液控制系統(tǒng)依據(jù)采煤機(jī)位置，按照采煤工藝對支架的要求，按照人工操作支架的流程，依據(jù)支架按照壓力、行程和傾角傳感器實現(xiàn)支架的自動控制，配置視頻監(jiān)視系統(tǒng)監(jiān)視支架動作情況，實現(xiàn)工作面液壓支架跟隨采煤機(jī)割煤方向自動執(zhí)行升降、推移和噴霧作業(yè)，實現(xiàn)支架跟機(jī)作業(yè)自動化。液壓支架通過紅外線接收器來接受采煤機(jī)紅外線發(fā)射信號，從而來確定采煤機(jī)位置，再根據(jù)支架控制器程序，確定那部分支架移架、推溜、收打護(hù)幫板；通過推移油缸位移傳感器采集液壓支架推移油缸的行程，保證推溜及拉架能夠達(dá)到要求；通過液壓支架立柱壓力傳感器采集立柱下液強(qiáng)壓力信號，保證液壓支架將架壓力及升架后的初撐力。以上技術(shù)為實現(xiàn)工作面液壓支架自動化提供了最原始的數(shù)據(jù)。

液壓支架的遠(yuǎn)程控制：液壓支架sac系統(tǒng)一般安裝在順槽集中控制臺附近，用來監(jiān)控所有工作面液壓支架實時狀態(tài)，具體功能如下:

（1）可實現(xiàn)工作面所有液壓支架程序的修改；

（2）可實現(xiàn)工作面所有液壓支架立柱壓力、推移行程的監(jiān)測與顯示；

（3）可實現(xiàn)采煤機(jī)位置、行走方向的監(jiān)測與顯示；

（4）可實現(xiàn)工作面所有液壓支架實時數(shù)據(jù)的上傳；

（5）可實現(xiàn)工作面推進(jìn)距離的計算與顯示；

（6）可實現(xiàn)工作面液壓支架跟機(jī)自動化的開啟、停止以及程序設(shè)置。

采煤機(jī)自動化控制

工作面使用can總線系統(tǒng)采煤機(jī)，支持多種總線接口：can現(xiàn)場總線、485現(xiàn)場總線，并支持多種總線協(xié)議。采煤機(jī)自身應(yīng)用了工業(yè)can總線，提高穩(wěn)定性和實時性，在數(shù)據(jù)采集和控制輸入輸出的速度上也有了很大提高。同時也具備了極好的抗干擾能力，極強(qiáng)的差錯檢測和處理能力，滿足信息傳輸實時性要求；同時具備故障的診斷和處理能力等。

與普通plc系統(tǒng)采煤機(jī)相比，can總線系統(tǒng)采煤機(jī)具有以下特點：1、實時性強(qiáng)，新系統(tǒng)處理信息能力更快，這樣提高了控制的實時性。2、接口廣，模塊本身支持多種總線接口。3、擴(kuò)展能力強(qiáng)，可擴(kuò)展多個模擬量或者數(shù)字量接口。4、抗干擾能力強(qiáng)、故障診斷能力強(qiáng)等。

通訊特點：工作面與順槽之間由于距離遠(yuǎn)，加上井下環(huán)境惡劣，使用一般的通訊傳輸方法容易發(fā)生斷線或者干擾的情況，因此采煤機(jī)采用載波通訊方式，通過動力電纜耦合傳輸信號，提高了通訊的穩(wěn)定性。傳輸延時在200ms以內(nèi)。三角煤工藝需要支架、運輸機(jī)等配套設(shè)備的信息，所以跟其他設(shè)備的通訊也顯得比較重要，順槽控制器負(fù)責(zé)采集第三方的數(shù)據(jù)信息，然后根據(jù)配套設(shè)備信息執(zhí)行三角煤自動化程序，然后通過載波傳輸控制指令給采煤機(jī)。

語音播報系統(tǒng)：總線系統(tǒng)中增加了語音播報功能，可以播報任何操作信息或者報警信息，同時也可以由機(jī)載顯示屏或者順槽工控機(jī)選擇性配置播報信息。

位置實時校準(zhǔn)算法：在自動化割煤工藝中，采煤機(jī)的位置反饋是至關(guān)重要的，當(dāng)?shù)谌轿恢脕G失或者不精確時，采煤機(jī)本身在特定的位置可以校準(zhǔn)當(dāng)前位置，也可以在機(jī)載、順槽工控機(jī)上實時校準(zhǔn)煤機(jī)位置，這樣能保障自動化程序正確的執(zhí)行。

瓦斯聯(lián)動保護(hù)系統(tǒng)：在高瓦斯工作面上，瓦斯聯(lián)動系統(tǒng)顯得特別實用和安全。該系統(tǒng)可以根據(jù)配置的幾個關(guān)鍵瓦斯點配置適當(dāng)?shù)乃俣?，?dāng)瓦斯超限時，系統(tǒng)會通過工控機(jī)、語音等系統(tǒng)進(jìn)行提示，給安全生產(chǎn)提供了保障。

在自動化方面，總線系統(tǒng)采煤機(jī)不僅包含了中部的記憶割煤（自動割煤），還包含了端頭自動化回采三角煤功能，在不同的位置自動化程序會自行切換，這提高了整個工作面的自動化程度。這也是國內(nèi)第一個能在中部和兩端端頭全工作面執(zhí)行自動化作業(yè)的采煤機(jī)自動化系統(tǒng)。

在總線系統(tǒng)中，所有的采煤機(jī)自身關(guān)鍵參數(shù)和采煤工藝參數(shù)都可以進(jìn)行人工配置，無需更換程序，這提高了系統(tǒng)自身的可適應(yīng)性。

采煤機(jī)記憶截割與遠(yuǎn)程控制技術(shù)，工作面采煤機(jī)以記憶截割自動化控制為主，以遠(yuǎn)程遙控為輔的生產(chǎn)模式實現(xiàn)工作面無人化開采。采煤機(jī)記憶割煤系統(tǒng)增加了采煤機(jī)與支架聯(lián)動功能，可在采煤機(jī)faceboss電控系統(tǒng)中編制不同的割煤方式，一旦編制了截割方法并啟動后，記憶截割根據(jù)已設(shè)定或者學(xué)習(xí)好的數(shù)據(jù)，重現(xiàn)割煤過程，采煤機(jī)將在司機(jī)最小限度的干預(yù)下自動運行。

采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制技術(shù)，操作人員通過操作監(jiān)控中心采煤機(jī)遠(yuǎn)程操作臺進(jìn)行采煤機(jī)的遠(yuǎn)程遙控，煤機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由隔爆計算機(jī)、遠(yuǎn)程操作臺等設(shè)備組成，操作人員可以通過監(jiān)視采煤機(jī)、液壓支架相關(guān)的監(jiān)控畫面、視頻畫面進(jìn)行采煤機(jī)的遠(yuǎn)程遙控。

采煤機(jī)牽引速度與瓦斯?jié)舛嚷?lián)動控制系統(tǒng)

通過在工作面加裝瓦斯傳感器8，將工作面瓦斯傳感器數(shù)據(jù)通過綜合接入器5轉(zhuǎn)送到順槽監(jiān)控主機(jī)9上，同時采煤機(jī)速度等信息傳送到監(jiān)控主機(jī)9，將工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)的工作面礦壓數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控主機(jī)9，采煤機(jī)11與監(jiān)控主機(jī)之間連接有交換機(jī)10，采煤機(jī)牽引速度與瓦斯?jié)舛嚷?lián)動控制系統(tǒng)連接圖如圖2所示。

在監(jiān)控主機(jī)上對瓦斯?jié)舛取⒉擅簷C(jī)速度等數(shù)據(jù)進(jìn)行實時顯示。在高瓦斯工作面上，瓦斯聯(lián)動系統(tǒng)顯得特別實用和安全。采煤機(jī)的瓦斯聯(lián)動保護(hù)系統(tǒng)為實現(xiàn)這一功能提供了基礎(chǔ)條件，該系統(tǒng)可以按照系統(tǒng)設(shè)定的瓦斯?jié)舛赛c進(jìn)行配置，對采煤機(jī)速度進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，當(dāng)瓦斯超限時，系統(tǒng)會通過工控機(jī)、語音等系統(tǒng)進(jìn)行提示，給安全生產(chǎn)提供了保障。著最大程度的解放采煤機(jī)截割速度，提高生產(chǎn)效率。

以下以陽煤集團(tuán)新元公司3107工作面為例，對本發(fā)明高瓦斯礦井綜采工作面記憶截割三角煤方法做具體說明。

采煤機(jī)三角煤跟機(jī)工藝

整個工作面采煤機(jī)割煤過程軌跡呈現(xiàn)z字形如圖3所示，先行采煤機(jī)割透整個工作面，然后由液壓支架推行形成三角煤彎曲段，采煤機(jī)斜切進(jìn)刀，然后回刀吃掉三角煤，完成完整一刀的采煤過程，以下分別描述其工藝過程。

①機(jī)頭第一刀割上刀

割煤場景：采煤機(jī)從中部往機(jī)頭自動割煤，牽引至第一折返點，牽停，降左滾筒；

初始態(tài)：左滾筒割頂?shù)?、右滾筒割底刀（如圖4）；

第一折返點：左滾筒割底刀、右滾筒割底刀（如圖5）；

采煤機(jī)從中部往機(jī)頭方向自動割煤（26架以外），每節(jié)支架隨著采煤機(jī)依次自動移動；

②機(jī)頭第一刀割底刀（如圖6-圖8）

割煤場景：采煤機(jī)從機(jī)頭往中部上行至拉架等待架，牽停，等待拉架信號；初始態(tài)：左滾筒割底刀、右滾筒割底刀；

③機(jī)頭第一刀掃煤（如圖9-圖11）

割煤場景：采煤機(jī)在設(shè)定區(qū)域里進(jìn)行掃煤作業(yè)；初始態(tài)：左滾筒割底刀、右滾筒割底刀；掃煤流程如下：

1）從右到左第一次，前、后滾筒在設(shè)置的臥底范圍，采煤機(jī)往機(jī)頭下行；

2）煤機(jī)到機(jī)頭設(shè)定的減速區(qū)時采煤機(jī)減速，以防割機(jī)頭支架和設(shè)備；

3）煤機(jī)到設(shè)定的第一折返點時，采煤機(jī)換向，并給定速度；

4）煤機(jī)到設(shè)定的第二折返點時，采煤機(jī)換向，速度不變；

5）煤機(jī)按照設(shè)定的掃煤次數(shù)在掃煤區(qū)域內(nèi)重復(fù)執(zhí)行掃煤動作；

④機(jī)頭第一刀掃煤結(jié)束（如圖12-圖14）

割煤場景：采煤機(jī)從機(jī)頭往中部上行；

初始態(tài)：左滾筒割底刀、右滾筒割底刀；

彎曲段：左滾筒割底刀、右滾筒割頂?shù)叮?/p>

等待架：左滾筒割頂?shù)?、右滾筒割底刀；

如圖13所示，掃煤結(jié)束，煤機(jī)行至26架，21-3架整體推溜，推溜順序從煤機(jī)附近向機(jī)頭方向。

分為以下三種情況，

1）、正常結(jié)束掃煤工藝

按照正常工藝掃煤結(jié)束時，采煤機(jī)由機(jī)頭向中部上行，至彎曲段時，前滾筒割頂?shù)?，后滾筒割底刀，牽引至等待架時牽停，等待推溜信號；

2）、提前結(jié)束掃煤階段

在掃煤次數(shù)沒有達(dá)到設(shè)定值時，人工給向右信號，采煤機(jī)使出第二折返點+2架時，認(rèn)為掃煤結(jié)束，采煤機(jī)由機(jī)頭向中部上行，至彎曲段時，前滾筒割頂?shù)叮鬂L筒割底刀，牽引至等待架時牽停，等待推溜信號。

3)、需要增加掃煤次數(shù)

在掃煤次數(shù)達(dá)到設(shè)定值時，人工給向左信號，采煤機(jī)再次反刀割煤，認(rèn)為掃煤干凈時，給采煤機(jī)向右信號駛出第二折返點時掃煤結(jié)束，采煤機(jī)由機(jī)頭向中部上行，至彎曲段時，前滾筒割頂?shù)?，后滾筒割底刀，牽引至等待架時牽停，等待推溜信號。

⑤機(jī)頭第二刀割上刀（如圖15-圖22）

割煤場景：采煤機(jī)收到推溜完成信號，牽引至第一折返點，牽停，降左滾筒；初始態(tài)：左滾筒割頂?shù)?、右滾筒割底刀（圖16）；

第一折返點：左滾筒割底刀、右滾筒割底刀（圖17），29-14號支架提前拉架，防止空頂。

如圖21所示，采煤機(jī)上行至20號支架時，3-13號支架全部完成自動移架，如需第二次清浮煤，此時煤機(jī)可返刀至機(jī)頭，進(jìn)行多次清浮煤，采煤機(jī)繼續(xù)上行。

如圖22所示，采煤機(jī)上行至24號支架，小號端頭架跟機(jī)推溜，依次為3-6,3-7,3-8,3-9,3-10,4-11,5-12，此后為正常中部跟機(jī)范圍。

液壓支架三角煤跟機(jī)控制

液壓支架跟隨采煤機(jī)位置進(jìn)行自動控制由跟機(jī)程序+參數(shù)來完成，跟機(jī)程序是將采煤工藝對液壓支架動作需求固化為一個剛性流程，而跟機(jī)參數(shù)則是使這個剛性流程柔化，能適應(yīng)不同地質(zhì)條件變化。跟機(jī)控制程序以下為液壓支架跟隨采煤機(jī)位置在三角煤區(qū)域的自動化控制工序流程及液壓支架對應(yīng)的動作時序圖。為了適應(yīng)高瓦斯，端頭礦壓顯性，端頭易出現(xiàn)滾幫事故等問題，采用提前過架支撐，實現(xiàn)三角煤割煤過程中的超前支護(hù)，有效的保證工作面端頭支架的頂板管理。液壓支架的跟機(jī)控制程序見圖23至圖26。

（1）中部跟機(jī)轉(zhuǎn)推蛇形段，關(guān)鍵點1：采煤機(jī)下行至6號架，見圖23。如圖23-1所示，采煤機(jī)下行時，液壓支架依次跟機(jī)移架。下行至圖23-2所示位置時,14、15號支架補(bǔ)充拉架，16-21號支架補(bǔ)充推溜，形成彎曲段。隨后采煤機(jī)降速，準(zhǔn)備返刀（圖23-3）。

（2）順序移架及斜切進(jìn)刀，關(guān)鍵點2：采煤機(jī)上行至10號支架，見圖24。如圖24-1,采煤機(jī)上行至10號支架，3-13號支架順序移架，只伸伸縮梁，不伸護(hù)幫板，煤機(jī)至17號支架等待完成移架信號。參考圖24-2和圖24-3，移架完成信號發(fā)出，采煤機(jī)進(jìn)行掃煤過程，掃煤次數(shù)可設(shè)置。

（3）割三角煤，關(guān)鍵點3：采煤機(jī)上行至26號支架；關(guān)鍵點4：采煤機(jī)下行至21號支架，見圖25。如圖25-1，掃煤結(jié)束后，采煤機(jī)行至26號支架，21-3號支架整體推溜，脫硫順序從煤機(jī)附近向機(jī)頭方向。21-3號支架完成推溜后，給采煤機(jī)提供推溜完成信號，準(zhǔn)備返刀（圖25-2），采煤機(jī)接受推溜完成信號，采煤機(jī)下行，至21號支架，開始執(zhí)行跟機(jī)自動移架（圖25-3）。

（4）清浮煤，關(guān)鍵點5：第二次割透機(jī)頭后，采煤機(jī)先上行至12號支架；關(guān)鍵點6：采煤機(jī)再下行至6號支架，見圖26。如圖26-1，采煤機(jī)下行時，29-14號架提前拉架，防止空頂；采煤機(jī)上行清浮煤至12號支架（圖26-2），采煤機(jī)再下行至6號支架、清浮煤至7號支架（圖26-3）。

（5）如圖27，切換至上行中部跟機(jī)，關(guān)鍵點:7：采煤機(jī)上行至10號支架時，開始從3號支架開始跟機(jī)自動移架（圖27-1）；采煤機(jī)上下至20號支架時，3-13號支架全部完成自動移架；如需第二次清沒，此時煤機(jī)可返刀至機(jī)頭，進(jìn)行多次清浮煤；如不需要清浮煤，采煤機(jī)繼續(xù)上行（圖27-2）；關(guān)鍵點8：上行至24號支架時，小號端頭架跟機(jī)推溜：依次為依次為3-6,3-7,3-8,3-9,3-10,4-11,5-12，此后為正常中部跟機(jī)范圍。

液壓支架跟機(jī)與采煤機(jī)協(xié)同控制

將液壓支架推移信息、采煤機(jī)位置信息、工作面礦壓、瓦斯?jié)舛鹊葦?shù)據(jù)通過監(jiān)控中心作為傳輸通道和邏輯中樞，依據(jù)瓦斯?jié)舛瓤刂颇Ｐ汀⒐ぷ髅娓蠲汗に嚭鸵簤褐Ъ艿母鷻C(jī)動作狀態(tài)等信息進(jìn)行集控系統(tǒng)的綜合決策，實現(xiàn)了電液控制系統(tǒng)與煤機(jī)系統(tǒng)二者的協(xié)同配合，實現(xiàn)基于采煤機(jī)與液壓支架協(xié)同與數(shù)據(jù)共享的井下無人干預(yù)全自動化生產(chǎn)模式。

支架跟隨采煤機(jī)進(jìn)行跟機(jī)作業(yè)，采煤機(jī)到達(dá)指定位置后等待支架動作完成信號，采煤機(jī)接收到支架完成信號后進(jìn)行下一步指令，兩者互為條件，建立閉環(huán)的控制系統(tǒng)，共同完成記憶截割三角煤的工藝需求。

泵站系統(tǒng)協(xié)同控制技術(shù)

工作面在自動化跟機(jī)作業(yè)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)采煤機(jī)速度快時，支架出現(xiàn)丟架或支架動作不到位的現(xiàn)象。

工作面采用雙進(jìn)雙回的供液方式，為了探索研究自動跟機(jī)過程中采煤機(jī)的速度、乳化液泵站壓力與工作面支架用液之間關(guān)系，在進(jìn)液管沿線每隔十架支架加裝壓力傳感器，實時監(jiān)測進(jìn)液管路沿線壓力與泵站出口壓力的變化。通過數(shù)據(jù)的分析，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)工作面支架不動作時，泵站的出口壓力與工作面管路沿線壓力變化是有一定規(guī)律的。當(dāng)工作面在自動化跟機(jī)作業(yè)采煤機(jī)速度達(dá)到4m/min以上時，發(fā)現(xiàn)泵站的出口壓力與工作面管路沿線壓力變化是非常明顯的，工作面所需的壓力和流量是不夠的，必須通過自動調(diào)節(jié)乳化液泵運行臺數(shù)，經(jīng)常達(dá)到3臺同時運行，才能滿足生產(chǎn)。通過摸索供液流量、壓力與管徑的關(guān)系，保證工作面自動化跟機(jī)的連續(xù)性，為乳化液泵站供液管路的管徑、長度等的選型匹配積累經(jīng)驗。視頻監(jiān)視技術(shù):視頻系統(tǒng)把操作人員的視覺延伸到了采煤工作面現(xiàn)場，使操作人員可以清晰的看到采煤現(xiàn)場發(fā)送的情況，看到所操作的設(shè)備運動過程，及時采取措施以確保設(shè)備的安全性。通過在液壓支架上安裝有攝像儀，并通過連接器與綜合接入器相連，將工作面視頻信號通過工業(yè)以太網(wǎng)高速傳輸系統(tǒng)傳送到順槽監(jiān)控中心的計算機(jī)上進(jìn)行工作面生產(chǎn)工況監(jiān)視。另外，瓦斯?jié)舛葌鞲衅鲾?shù)據(jù)可以通過該高速傳輸系統(tǒng)傳送到順槽監(jiān)控中心計算機(jī)上去。

順槽集中控制技術(shù)

1）三機(jī)集中控制技術(shù)

三機(jī)集中控制通過控制貝克ke3002、ke3004組合開關(guān)來控制工作面三機(jī)，可實現(xiàn)三機(jī)聯(lián)合啟動與停止、單設(shè)備的啟動與停止、單設(shè)備點動的啟動與停止功能，可在工作面機(jī)頭實現(xiàn)運輸機(jī)的啟動與停止功能，其具有操作集中、控制簡單、運行穩(wěn)定等優(yōu)點。

2）泵站集中控制技術(shù)

遠(yuǎn)程供配液系統(tǒng)，遠(yuǎn)程配液站由原來的設(shè)備列車處移至進(jìn)風(fēng)口配液站，采用遠(yuǎn)距離自動供配液，配液站由供水加壓泵、配比泵、遠(yuǎn)程輸出泵及自動化控制裝置組成，工作面回采期間配液站始終不移動，相比以前隨采隨移的情況，減少了用工，降低了勞動強(qiáng)度，保障了安全。

泵站乳化液由遠(yuǎn)程配液站通過供液泵輸送進(jìn)泵站液箱，由乳化泵加壓后經(jīng)過高壓反沖洗裝置過濾后輸送進(jìn)工作面。泵站主要由軟化水凈化裝置，高壓反沖洗過濾器，回液過濾器，乳化泵（型號brw～400/31.5）3臺，噴霧泵（型號bpw315/10k）2臺，注水泵（型號jc3090）2臺構(gòu)成，泵站設(shè)備通過智能plc控制柜集中控制，通過泵站主機(jī)集中顯示，泵站系統(tǒng)全部由程序自動化控制。

本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點體現(xiàn)在：

1.打破瓦斯突出工作面煤機(jī)速度單一指標(biāo)限制，首次依據(jù)瓦斯?jié)舛瓤刂撇擅簷C(jī)速度，建立瓦斯?jié)舛?、采煤機(jī)速度、礦壓等多參數(shù)融合的智能割煤控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工作面產(chǎn)能最大化。

2.首次提出對采煤機(jī)割煤速度、液壓支架跟機(jī)動作數(shù)量和泵站供液能力等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，建立采煤機(jī)、液壓支架、乳化液泵站綜合協(xié)調(diào)作業(yè)的跟機(jī)自動化綜合系統(tǒng)。

3.首次使用提前過架超前支護(hù)、“煤機(jī)+支架”互為連鎖控制，實現(xiàn)了煤與瓦斯突出礦井“采煤機(jī)自動截割三角煤+支架自動跟機(jī)”的全自動化跟機(jī)功能，解決了礦壓顯性，滾幫嚴(yán)重的三角煤區(qū)域跟機(jī)工藝難題。

除此以外，還具有以下特點：

1.實現(xiàn)了三角煤區(qū)域跟機(jī)自動化控制，并使其生產(chǎn)過程常態(tài)化

在高瓦斯的環(huán)境下，以sac電液控系統(tǒng)為核心，依托采煤機(jī)紅外線位置檢測、視頻探頭、多種傳感器等監(jiān)測監(jiān)控裝置，工作面液壓支架跟隨采煤機(jī)割煤方向自動執(zhí)行升降、推移和噴霧作業(yè)，實現(xiàn)了支架跟機(jī)作業(yè)自動化。

2.實現(xiàn)了采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制和記憶截割功能

通過在采煤機(jī)上增加左右搖臂采高傳感器、行走部的位移傳感器、傾角傳感器、程序卡、順槽遠(yuǎn)程控制軟件、采煤機(jī)自動化控制軟件，實現(xiàn)了在順槽控制采煤機(jī)啟停、方向、速度、采高的控制功能，并實現(xiàn)了采煤機(jī)的記憶截割功能。

3.實現(xiàn)了采煤機(jī)牽引速度與瓦斯?jié)舛嚷?lián)動控制

通過系統(tǒng)地分析了瓦斯?jié)舛?、采煤機(jī)速度、壓力的關(guān)系趨勢，實現(xiàn)采煤機(jī)牽引速度與瓦斯?jié)舛嚷?lián)動控制功能。打破瓦斯突出工作面煤機(jī)速度單一指標(biāo)限制，首次依據(jù)瓦斯?jié)舛瓤刂撇擅簷C(jī)速度，建立瓦斯?jié)舛?、采煤機(jī)速度、礦壓等多參數(shù)融合的智能割煤控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工作面產(chǎn)能最大化。

4.實現(xiàn)了工作面“三機(jī)”和順槽膠帶機(jī)集中控制

監(jiān)控系統(tǒng)采用zqs127-z型運輸機(jī)監(jiān)控主機(jī)，實現(xiàn)了對工作面刮板運輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)設(shè)備運行工況的動態(tài)監(jiān)測?？刂葡到y(tǒng)采用ktc101型通訊裝置配合視頻監(jiān)測設(shè)備，實現(xiàn)了對工作面三機(jī)和順槽膠帶機(jī)的集中控制。

5.實現(xiàn)了遠(yuǎn)程供配液自動化

（1）通過加裝電動球閥、液位傳感器、25微米兩級精過濾裝置，加裝控制程序與集控并網(wǎng)連接，實現(xiàn)了軟化水的自動控制。

（2）遠(yuǎn)程配液系統(tǒng)，由供水加壓泵、配比泵、遠(yuǎn)程輸出泵及自動化控制裝置組成，將配液設(shè)備由原來的設(shè)備列車處移至進(jìn)風(fēng)口配液站，縮短了近1000米的濃縮液運輸距離，減少了用工，降低了勞動強(qiáng)度，保障了安全。

（3）遠(yuǎn)程供液系統(tǒng)，使用井下遠(yuǎn)程供液，設(shè)備列車由原來的兩泵一箱改為三泵一箱，供液距離由原來距工作面150米移至500米以外。遠(yuǎn)距離供液減少了設(shè)備列車的牽引次數(shù)，進(jìn)一步保障了牽引操作安全。同時在支架操作過程中，當(dāng)系統(tǒng)流量和壓力降低時，通過變頻控制實現(xiàn)自動補(bǔ)液增壓。

6.實現(xiàn)了泵站系統(tǒng)協(xié)同控制

通過將采煤機(jī)割煤速度、液壓支架跟機(jī)動作數(shù)量和泵站供液能力相結(jié)合，實現(xiàn)了按照煤機(jī)速度、液壓支架跟機(jī)拉架動作數(shù)量要求與供液能力相匹配。通過煤機(jī)位置觸發(fā)液壓支架跟機(jī)動作需求，液壓支架動作速度取決于泵站系統(tǒng)的能力（流量、壓力），煤機(jī)速度、支架動作、泵站能力三者的動態(tài)協(xié)調(diào)，以彌補(bǔ)液壓支架控制程序及其參數(shù)的靜態(tài)化和動態(tài)化需求的矛盾，避免出現(xiàn)跟機(jī)“丟架”的現(xiàn)象。

7.實現(xiàn)了視頻監(jiān)測實時傳輸

在工作面、運輸設(shè)備轉(zhuǎn)載點加裝30套視頻監(jiān)控設(shè)備，實現(xiàn)了對整個綜采作業(yè)區(qū)的全程實時視頻監(jiān)控，數(shù)據(jù)集成后上傳到陽煤新元公司信息平臺，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)、視頻信息共享，集團(tuán)公司便可同步看到井下的實時作業(yè)情況，及時了解生產(chǎn)動態(tài)，為調(diào)度指揮提供了決策依據(jù)。

8.實現(xiàn)了礦壓數(shù)據(jù)實時傳輸

整個礦壓觀測系統(tǒng)依托安裝在支架上的gdp60型壓力傳感器采集礦壓數(shù)據(jù)，經(jīng)過井下電液控主機(jī)存儲并通過數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)傳輸?shù)降孛娣?wù)器記錄、分析，生成曲線圖表發(fā)布，掌握了工作面回采過程中的礦壓顯現(xiàn)和分布規(guī)律，為工作面管理頂板和今后支架選型提供了科學(xué)的依據(jù)。

9.實現(xiàn)了支護(hù)質(zhì)量的顯著提高

支架電液控和自動補(bǔ)液的應(yīng)用，保證了支架能夠具備足夠的初撐力，支護(hù)質(zhì)量顯著提高，減輕了煤幫壓力，減少了滾幫煤帶來的安全隱患。

10.實現(xiàn)了全巷道語音通訊

1700多米的順槽和工作面分段裝設(shè)了語音通訊設(shè)備，聲音清晰洪亮，實現(xiàn)了全線喊話，無論是順槽還是工作面任何一個地方，要找人或者下達(dá)指令非常方便。