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随着自动化、智能化技术和装备的逐步发展成熟,我国越来越多的煤矿综采工作面推广应用了自动化、智能化技术,为煤矿的安全生产带来了广阔的发展前景。在自动化、智能化工作面生产工艺中,液压支架自动跟机控制是关键技术之一。目前,该技术在理论研究及工程应用方面取得了一定的进展,但仍存在着较多问题,一是对于工作面复杂多变的开采地质条件不适应,尤其是对煤层倾角大、煤层不稳定、地质构造发育的工作面适应性较差,设备的运行工况和相互协同仍然需要人工干预;二是现有的液压支架自动跟机控制是在程序定制模式下进行的,缺乏对于外部环境变化的自适应能力,智能化水平较低;三是自动化跟机技术只是建立在液压支架自身控制基础之上,缺乏与采煤机、刮板输送机以及乳化液泵站的协同联动,由此带来了实际生产过程中的乳化液泵站供给不足造成的液压支架动作缓慢,无法感知刮板输送机直线度难于连续自动化推进等问题。综采工作面的采煤机、液压支架、刮板输送机以及乳化液泵站(下简称“三机一泵”)组成了综采工作面的关键设备运行系统,各设备自身控制系统的高度自适应以及各设备之间的协同运行是实现智能化工作面的关键。为解决上述问题,本文以液压支架跟机控制为研究对象,对“三机一泵”自身的工况自适应以及液压支架跟机模式下的乳化液泵按需供液、刮板输送机直线度调整、液压支架位姿调偏调斜、采煤机记忆截割模式下的采煤机牵引速度控制等关键技术进行了深入研究。主要取得以下成果:(1)针对液压支架跟机移架实际时长仅依靠人工经验判定的问题,分析研究了采煤机与液压支架的工作空间及液压支架的移动规律,利用数理统计学分析原理,建立了基于学习功能的液压支架跟机移架实际时长计算模型,提出了跟机移架实际时长的动态计算方法。数据测试结果表明,对于每一个初采工作面,均能找到一个合理的移架时长预测值。(2)针对综采液压支架跟机移架时,支架横向调斜和纵向调偏不及时、不到位,现有调架机构不健全、不适应地质条件变化,缺乏自适应控制的基础等技术难题,依据基础力学理论,构建了液压支架调斜调偏理论模型,提出了适合综采液压支架自主调斜调偏和集中控制的调架技术。按照自适应控制技术原理,设计开发了液压支架自主调斜调偏装置。(3)针对液压支架跟机移架过程中,乳化液泵站无法完全实现自动按需供液,需要靠人工调节多台乳化液泵配合的问题,提出了一种基于受控系统输入/输出数据的乳化液泵启停控制决策模型。针对数据不平衡影响模型误判率的问题,采用代价敏感学习方法分配数据权重,利用实际生产过程中的26950条数据训练出了分类树,决策的误判率低于9%。结果表明,该模型可以实现多台乳化液泵的自适应启停,完成液压支架跟机模式下的按需供液。(4)针对刮板输送机直线度自适应控制问题,建立了工作面刮板输送机横向移动弯曲段溜槽矩形计算模型,揭示了刮板输送机溜槽之间水平转角、溜槽数N与推进度B三者之间的函数关系。同时,提出了刮板机直线定位推移方法,建立了刮板输送机直线定位推移模型,揭示了刮板输送机分段每次推移一个步距B,所形成的斜长Lx和水平段Lw应满足的条件,即溜槽之间的水平转角应不大于3°,确定了溜槽直线定位推移初始阶段和正常循环阶段溜槽的横向推移量。实践表明,采用直线定位推移技术后,刮板输送机可实现推移过程中的自主取直。(5)针对现有采煤机记忆截割技术不适应工作面煤层厚度和倾角变化的情况,提出了利用克里金插值算法获取工作面沿倾向方向连续的采高数据,指导采煤机记忆截割自适应调高的方法;同时,基于模型预测控制(MPC)算法理论,以采煤机速度为控制目标,液压支架跟机动作、刮板机负载、启泵数量、瓦斯浓度、顶板压力等为约束条件,设计了多棵树组成的多输出的回归树算法以实现滚动优化函数,建立了预测式的采煤机自适应调速回归树控制模型。井下工业试验结果表明,该液压支架跟机控制方法能够有效避免因供液不足引起的支架动作迟缓,解决因刮板输送机直线度不均衡引起的无法连续自动化推进,缩短了自动化割煤循环时长,减少了工作面作业人数,提升了工作面生产效率。该技术对复杂开采地质条件的适应能力更强、推广使用范围更广。本文研究成果对综采工作面实现机械化、自动化、智能化、信息化,减少伤亡事故和促进工作面“无人化、少人化”发展,具有广泛的推动意义。