CN104358587A - 煤矿井下工作面设备逆反馈式输送*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤矿井下工作面设备逆反馈式输送***及其控制方法。包括采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机和皮带机，其特点是：还包括控制箱，该控制箱分别与所述的皮带机、破碎机、转载机和刮板输送机连接，还包括安装在转载机上的煤量检测装置，该煤量检测装置与控制箱连接从而能提供转载机的运煤量信息，还包括采煤机定位装置，该采煤机定位装置与控制箱连接从而能提供采煤机相对于刮板输送机的位置和前进方向信息。采用本发明的输送***和控制方法后，可以通过控制箱依次发出皮带机、破碎机、转载机、刮板输送机启动信号，防止发生压溜、并降低设备低负载情况下的设备磨损及功率损耗，提高采煤效率，使其适应工作面采煤工作要求。

Description

煤矿井下工作面设备逆反馈式输送***

技术领域

本发明涉及一种煤矿井下工作面设备逆反馈式输送***及其控制方法。

背景技术

用于煤矿井工开采的工作面输送设备，目前其在设计中基本上都是后一级设备功率、运量都要大于前一级设备，并且设备开机后无论负载大小都是恒转速工作，这样不但增加了煤矿用户设备采购成本及设备运行过程中不必要的功率消耗，而且采煤工作效率低。究其原因是工作面情况极其复杂，很多监测装置的适应性差，很难采集到实际工作面采煤过程工作信息，进而无法根据负载变化情况而实现对工作面输送设备运行速度的精确控制。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种煤矿井下工作面设备逆反馈式输送***，能够达到降低设备运行磨损及功率损耗，提高整个工作面输送设备工作效率的目的；

本发明的目的之二是提供一种煤矿井下工作面设备逆反馈式输送***的控制方法。

一种煤矿井下工作面设备逆反馈式输送***，包括采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机和皮带机，其特别之处在于：还包括控制箱，该控制箱分别与所述的皮带机、破碎机、转载机和刮板输送机连接，还包括安装在转载机上的煤量检测装置，该煤量检测装置与控制箱连接从而能提供转载机的运煤量信息，还包括采煤机定位装置，该采煤机定位装置与控制箱连接从而能提供采煤机相对于刮板输送机的位置和前进方向信息。

其中还包括驱动部监测装置，该驱动部监测装置分别与所述转载机的驱动部、刮板输送机的驱动部连接从而获取其转矩信息，该驱动部监测装置还与控制箱连接。

其中控制箱分别通过变频器与转载机和刮板输送机的驱动部连接，从而能调整刮板输送机和转载机的链速。

其中控制箱采用可编程控制器PLC或可编程操作终端。

其中采煤机定位装置包括安装在采煤机护板上的红外线发射器，以及至少两个安装在液压支架立柱上的红外线接收器，其中所有红外线接收器均与有线或无线传输装置连接，该有线或无线传输装置与控制箱连接，从而获取采煤机相对于刮板输送机的位置和前进方向信息。

一种煤矿井下工作面设备逆反馈式输送***的控制方法，其特别之处在于，包括如下步骤：

(1)首先在采煤机开机前，采煤机首先将其位置信息反馈给控制箱，开机后采煤机实时向控制箱上传其工作位置信息；

(2)煤量检测装置通过扫描瞬时转载机上的煤量，并将每一瞬时煤量信息综合成某一时间区间内的转载机的运煤量信息，将此信息反馈到控制箱；

(3)控制箱将收集到的所有采煤机工作位置信息、转载机的运煤量信息进行处理后，根据需要向转载机驱动部、刮板输送机驱动部的变频器发出调整刮板输送机、转载机链速的指令，并且使刮板机与转载机之间的转速相互适应。

步骤(2)之后还要通过驱动部监测装置，采集刮板输送机和转载机的设备启动及正常运行时间区间内的消耗转矩信息，实时反馈到控制箱；步骤(3)中控制箱还要对收集到的上述消耗转矩信息进行处理。

其中对转载机的运煤量信息进行采集和处理具体包括如下步骤：

(1)、开启转载机；

(2)、开启刮板输送机，变频器的控制***开始启动，使刮板输送机稳定运行；

(3)、通过煤量检测装置检测转载机上的煤量，获取煤量数据；

(4)、将得到的煤量数据反馈给控制箱计算出当前的运煤量，然后与***设定值进行比较并据此输出控制指令；

(5)、将控制指令传输给刮板输送机变频器，从而控制刮板输送机的运行速度；

步骤(3)、(4)和(5)具体包括如下步骤：首先通过在转载机上安装的激光扫描传感器，扫描转载机上的煤层断面轮廓，检测出转载机上的煤层厚度信号，将该信号反馈给刮板输送机的控制箱，通过比例积分或微积分算出当前的运煤量并与预先设定的运煤量进行比较，根据比较结果，刮板输送机的控制箱输出指令控制刮板输送机变频器，变频器发出信号控制刮板输送机的机头电机、机尾电机，从而控制刮板输送机的链速；

步骤(4)中与***设定值进行比较并据此输出控制指令具体是指：当检测到的转载机运煤量大于额定运量的80％，刮板输送机按照额定链速运行；当检测到的转载机运煤量为额定运量的60％-80％时，刮板输送机链速设为80％额定链速；当检测到的转载机运煤量为额定运量的40％-60％时，刮板输送机链速设为60％额定链速；当检测到的转载机运煤量为额定运量的30％-40％时，刮板输送机链速设为40％额定链速；当检测到的转载机运煤量小于额定运量的30％时，刮板输送机链速设为30％额定链速。

其中对采煤机工作位置信息进行采集和处理具体包括如下步骤：

首先利用采煤机定位装置，确定采煤机相对于刮板输送机的位置和前进方向信息，然后通过有线或无线方式将该信息传输给控制箱，从而分析计算出此时刮板输送机的最优运行速度值，即当前的刮板输送机速度给定值，最后控制箱把得到的刮板输送机速度给定值输入智能调速变频器，通过智能调速变频器来控制机头电动机和机尾电动机的转速，从而对刮板输送机进行调速；

其中利用采煤机定位装置，确定采煤机相对于刮板输送机的位置和前进方向信息的具体步骤是：

(1)采煤机定位装置包括安装在采煤机护板上的红外线发射器，以及至少两个安装在液压支架立柱上的红外线接收器；

(2)当采煤机在刮板输送机上行走时，红外线接收器通过与红外线发射器的配合连续采集采煤机所在的位置点信息，并把信息传输给控制箱，控制箱根据收到的信息，从而确定出采煤机是机头方向行走还是机尾方向行走，并且确定出采煤机在刮板输送机上的具***置；

其中分析计算出此时刮板输送机的最优运行速度值的具体步骤是：最优运行速度值按照如下的速度曲线函数计算：

0.0008x²+0.004x+0.4    (-25＜x≤25)

0.0005x²-0.0075x+0.675 (25＜x≤100)

0001x+1.15            (100＜x≤150)

-0.004x+1.9           (150＜x≤175)

∫(x)＝-0.005x+2.075   (175＜x≤185)；

0.0021x²-0.83x+83.7    (185＜x≤-185)

-0.005x+2.075         (-185＜x≤-175)

0.000008x²+0.0002x-0.4 (-175＜x≤-50)

-0.00024x²+0.0047x+1.62 (-50＜x≤-25)

其中∫(x)为刮板输送机的转速，单位为米/秒，x为采煤机与刮板输送机机头的距离，单位为米。

采用本发明的输送***和控制方法后，可以通过控制箱依次发出皮带机、破碎机、转载机、刮板输送机启动信号，随之安装在转载机上的煤量检测装置和驱动部监测装置可以将采集到的转载机区间煤量信息、刮板机和转载机驱动部转矩信息、采煤机在刮板机上的相对工作位置信息等综合反馈到工作面输送***的控制箱，综合处理后，根据这些反馈信息分别做出转载机、刮板机运行速度的自动调整，防止发生压溜、并降低设备低负载情况下的设备磨损及功率损耗，提高采煤效率，使其适应工作面采煤工作要求。

具体实施方式

本发明提供了一种煤矿井下工作面设备逆反馈式输送***，包括采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机和皮带机，还包括控制箱，该控制箱分别与所述的皮带机、破碎机、转载机和刮板输送机连接，还包括安装在转载机上的煤量检测装置，该煤量检测装置与控制箱连接从而能提供转载机的运煤量信息，还包括采煤机定位装置，该采煤机定位装置与控制箱连接从而能提供采煤机相对于刮板输送机的位置和前进方向信息。

其中还包括驱动部监测装置，该驱动部监测装置分别与所述转载机的驱动部、刮板输送机的驱动部连接从而获取其转矩信息，该驱动部监测装置还与控制箱连接。其中控制箱分别通过变频器与转载机和刮板输送机的驱动部连接，从而能调整刮板输送机和转载机的链速。其中控制箱采用可编程控制器PLC或可编程操作终端。其中采煤机定位装置包括安装在采煤机护板上的红外线发射器，以及至少两个安装在液压支架立柱上的红外线接收器，其中所有红外线接收器均与有线或无线传输装置连接，该有线或无线传输装置与控制箱连接，从而获取采煤机相对于刮板输送机的位置和前进方向信息。

本发明还提供了一种煤矿井下工作面设备逆反馈式输送***的控制方法，包括如下步骤：

(1)首先在采煤机开机前，采煤机首先将其位置信息反馈给控制箱，开机后采煤机实时向控制箱上传其工作位置信息；

(2)煤量检测装置通过扫描瞬时转载机上的煤量，并将每一瞬时煤量信息综合成某一时间区间内的转载机的运煤量信息，将此信息反馈到控制箱；

(3)控制箱将收集到的所有采煤机工作位置信息、转载机的运煤量信息进行处理后，根据需要向转载机驱动部、刮板输送机驱动部的变频器发出调整刮板输送机、转载机链速的指令，并且使刮板机与转载机之间的转速相互适应。

步骤(2)之后还要通过驱动部监测装置，采集刮板输送机和转载机的设备启动及正常运行时间区间内的消耗转矩信息，实时反馈到控制箱；步骤(3)中控制箱还要对收集到的上述消耗转矩信息进行处理。具体是控制箱实时读取机头驱动部变频器(头部变频器)输出转矩，并精确的对输出的转矩进行控制，将机头驱动部变频器中转矩以及转速等信息传送给机尾驱动部，机尾驱动部实时根据机头驱动部传送的转矩以及转速等信息，实时调节输出转矩，达到机头、尾驱动部功率平衡的目的，实现对驱动部的保护。

更进一步的，其中运煤量信息采集和处理，包括如下步骤：

(1)、开启刮板转载机；

(2)、开启刮板输送机，变频器控制***开始启动，从0Hz逐渐加速，实现重载软启动；然后刮板输送机稳定在设定的频率下运行，运行自检程序。

(3)、通过煤量检测装置检测刮板转载机上的煤量，获取煤量数据；

(4)、将得到的煤量数据反馈给刮板输送机控制箱计算出当前的运煤量，然后与***设定值进行比较并据此输出控制指令；

(5)、控制指令传输给刮板输送机变频器，从而控制刮板输送机的运行速度。

步骤(3)、(4)和(5)具体包括如下步骤：首先通过在刮板转载机上安装的激光扫描传感器，扫描转载机上的煤层断面轮廓，检测出刮板转载机上的煤层厚度信号，将该信号反馈给刮板输送机控制箱，通过比例积分或微积分算出运煤量并与预先设定的运煤量进行比较，根据比较结果，刮板输送机控制箱输出指令控制刮板输送机变频器，变频器发出信号控制机头尾电机，从而控制刮板输送机的链速。

步骤(4)中与***设定值进行比较并据此输出控制指令具体是指：当检测到的刮板转载机运煤量大于额定运量的80％时(即＞80％)，刮板输送机按照额定链速运行；当检测到的刮板转载机运煤量为额定运量的60％-80％时(即≤80％且＞60％)，刮板输送机链速为80％额定链速；当检测到的刮板转载机运煤量为额定运量的40％-60％时(即≤60％且＞40％)，刮板输送机链速为60％额定链速；当检测到的刮板转载机运煤量为额定运量的30％-40％时(即≤40％且≥30％)，刮板输送机链速为40％额定链速；当检测到的刮板转载机运煤量小于额定运量的30％时(即＜30％)，刮板输送机链速为30％额定链速。经过试用证明，此时节能效果和设备寿命几乎同时处于最佳的状态，同时基本不会影响运煤效率。

上述刮板输送机的控制箱采用可编程控制器(PLC)或可编程操作终端。

更进一步的，其中采煤机位置信息采集和处理，包括如下步骤：

一种适用于采煤工作面的刮板输送机，包括机头电动机和机尾电动机，以及分别与该机头电动机和机尾电动机连接的智能调速变频器，还包括控制箱，该控制箱通过有线或无线方式与采煤机定位装置连接，从而获取采煤机相对于刮板输送机的位置和前进方向信息，该控制箱还与所述的智能调速变频器连接，从而根据采集到的信息对刮板输送机进行调速。

其中采煤机定位装置包括安装在采煤机护板上的红外线发射器，以及至少两个安装在液压支架立柱中部上的红外线接收器，例如可以在采煤机运行路线旁的每个液压支架立柱上安装一个红外线接收器。所有红外线接收器均与无线传输装置连接，该无线传输装置通过无线方式与控制箱的无线通信单元连接。

首先利用采煤机定位装置，确定采煤机相对于刮板输送机的位置和前进方向信息，然后通过有线或无线方式将该信息传输给控制箱，从而分析计算出此时刮板输送机的最优运行速度值，即当前的刮板输送机速度给定值，最后控制箱把得到的刮板输送机速度给定值输入智能调速变频器，通过智能调速变频器来控制机头电动机和机尾电动机的转速。

其中利用采煤机定位装置，确定采煤机相对于刮板输送机的位置和前进方向信息的具体步骤是：

(1)采煤机定位装置包括安装在采煤机护板上的红外线发射器，以及至少两个安装在液压支架立柱中部上的红外线接收器；

(2)当采煤机在刮板输送机上行走时，红外线接收器通过与红外线发射器1的配合连续采集采煤机所在的位置点信息，并把信息传输给控制箱，控制箱根据收到的信息，从而确定出采煤机是机头方向行走还是机尾方向行走，并且确定出采煤机在输送机上的具***置。

其中分析计算出此时刮板输送机的最优运行速度值的具体步骤是：最优运行速度值按照如下的速度曲线函数计算：

0.0008x²+0.004x+0.4    (-25＜x≤25)

0.0005x²-0.0075x+0.675 (25＜x≤100)

0001x+1.15            (100＜x≤150)

-0.004x+1.9           (150＜x≤175)

∫(x)＝-0.005x+2.075  (175＜x≤185)；

0.0021x²-0.83x+83.7    (185＜x≤-185)

-0.005x+2.075         (-185＜x≤-175)

0.000008x²+0.0002x-0.4 (-175＜x≤-50)

-0.00024x²+0.0047x+1.62 (-50＜x≤-25)

其中∫(x)为刮板输送机的转速，单位为米/秒，x为采煤机距刮板输送机机头的距离，单位为米，经过试用证明此时输送机刮煤效能达到最优。

本发明刮板输送机调速控制原理如下：

在采煤过程中，采煤机的采煤速度相对固定，采煤截深固定，煤炭洒落在输送机链条刮板上的数量一定，这种情况下采煤机行进方向不同，刮板输送机刮煤速度应当设置不同，采煤机在输送机上的位置不同，刮板输送机的刮煤速度也应该设置不同，在采煤机在机头、机尾处进行换向割煤或者切割三角煤作业时候，应当使刮板输送机保持在低速度运行。煤智能调速变频器根据控制箱给定值不同，通过频率变化进而控制输送机机头、机尾电动机运行速度，并能根据负载变化时，控制在电机输出速度不同时保持输出转矩恒定。

当采煤机从先输送机机头到机尾方向行进作业，然后再从机尾到机头方向行进作业循环时，刮板输送机按照需要的理论速度运行曲线运行。

通过对井下采煤工作面用输送机SGZ1250/2×1000、采煤机型号MG900/2310-WD、推移中间架ZY13000/26/5/57D，采煤工作面长度200米为研究对象，经过定量计算，当采煤机匀速前进，采煤截深一定，支架匀速推移时候，采煤机行进方向和在刮板输送机位置不同时候，输送机在保证卸载到转载机上的煤量基本一定时候需要的速度是不同的，具体速度曲线函数如下：

0.0008x²+0.004x+0.4    (-25＜x≤25)

0.0005x²-0.0075x+0.675 (25＜x≤100)

0001x+1.15            (100＜x≤150)

-0.004x+1.9           (150＜x≤175)

∫(x)＝-0.005x+2.075  (175＜x≤185)

0.0021x²-0.83x+83.7    (185＜x≤-185)

-0.005x+2.075         (-185＜x≤-175)

0.000008x²+0.0002x-0.4 (-175＜x≤-50)

-0.00024x²+0.0047x+1.62(-50＜x≤-25)

注；∫(x)为刮板机转速，单位为米/秒，x为采煤机距刮板输送机机头距离，单位为米。

利用多个红外线收发装置，测出采煤机在刮板输送机上的多个位置和前进方向，根据上述理论速度运行曲线理论曲线，控制箱预设采煤机运行速度曲线，并把预设运行速度曲线经过数模转化程序及比例积分环节，给出智能控制变频器连续不同的速度指令，智能变频器通过频率的调整，变换输送机机头、机尾电动机的速度，使电动机实时按照理论曲线速度值运行，实现采煤机在输送机上前进方向不同、采煤位置不同时候，输送机始终在最优速度运行，使输送机刮煤效能达到最优。

Claims (9)

1.一种煤矿井下工作面设备逆反馈式输送***，包括采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机和皮带机，其特征在于：还包括控制箱，该控制箱分别与所述的皮带机、破碎机、转载机和刮板输送机连接，还包括安装在转载机上的煤量检测装置，该煤量检测装置与控制箱连接从而能提供转载机的运煤量信息，还包括采煤机定位装置，该采煤机定位装置与控制箱连接从而能提供采煤机相对于刮板输送机的位置和前进方向信息。

2.如权利要求1所述的煤矿井下工作面设备逆反馈式输送***，其特征在于：其中还包括驱动部监测装置，该驱动部监测装置分别与所述转载机的驱动部、刮板输送机的驱动部连接从而获取其转矩信息，该驱动部监测装置还与控制箱连接。

3.如权利要求1所述的煤矿井下工作面设备逆反馈式输送***，其特征在于：其中控制箱分别通过变频器与转载机和刮板输送机的驱动部连接，从而能调整刮板输送机和转载机的链速。

4.如权利要求1所述的煤矿井下工作面设备逆反馈式输送***，其特征在于：其中控制箱采用可编程控制器PLC或可编程操作终端。

5.如权利要求1至4中任意一项所述的煤矿井下工作面设备逆反馈式输送***，其特征在于：其中采煤机定位装置包括安装在采煤机护板上的红外线发射器，以及至少两个安装在液压支架立柱上的红外线接收器，其中所有红外线接收器均与有线或无线传输装置连接，该有线或无线传输装置与控制箱连接，从而获取采煤机相对于刮板输送机的位置和前进方向信息。

6.一种煤矿井下工作面设备逆反馈式输送***的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)首先在采煤机开机前，采煤机首先将其位置信息反馈给控制箱，开机后采煤机实时向控制箱上传其工作位置信息；

(2)煤量检测装置通过扫描瞬时转载机上的煤量，并将每一瞬时煤量信息综合成某一时间区间内的转载机的运煤量信息，将此信息反馈到控制箱；

(3)控制箱将收集到的所有采煤机工作位置信息、转载机的运煤量信息进行处理后，根据需要向转载机驱动部、刮板输送机驱动部的变频器发出调整刮板输送机、转载机链速的指令，并且使刮板机与转载机之间的转速相互适应。

7.如权利要求6所述的煤矿井下工作面设备逆反馈式输送***的控制方法，其特征在于：步骤(2)之后还要通过驱动部监测装置，采集刮板输送机和转载机的设备启动及正常运行时间区间内的消耗转矩信息，实时反馈到控制箱；步骤(3)中控制箱还要对收集到的上述消耗转矩信息进行处理。

8.如权利要求6所述的煤矿井下工作面设备逆反馈式输送***的控制方法，其特征在于：其中对转载机的运煤量信息进行采集和处理具体包括如下步骤：

(1)、开启转载机；

(2)、开启刮板输送机，变频器的控制***开始启动，使刮板输送机稳定运行；

(3)、通过煤量检测装置检测转载机上的煤量，获取煤量数据；

(4)、将得到的煤量数据反馈给刮板输送机的控制箱计算出当前的运煤量，然后与***设定值进行比较并据此输出控制指令；

(5)、将控制指令传输给刮板输送机变频器，从而控制刮板输送机的运行速度；

步骤(3)、(4)和(5)具体包括如下步骤：首先通过在转载机上安装的激光扫描传感器，扫描转载机上的煤层断面轮廓，检测出转载机上的煤层厚度信号，将该信号反馈给刮板输送机的控制箱，通过比例积分或微积分算出当前的运煤量并与预先设定的运煤量进行比较，根据比较结果，刮板输送机的控制箱输出指令控制刮板输送机变频器，变频器发出信号控制刮板输送机的机头电机、机尾电机，从而控制刮板输送机的链速；

步骤(4)中与***设定值进行比较并据此输出控制指令具体是指：当检测到的转载机运煤量大于额定运量的80％，刮板输送机按照额定链速运行；当检测到的转载机运煤量为额定运量的60％-80％时，刮板输送机链速设为80％额定链速；当检测到的转载机运煤量为额定运量的40％-60％时，刮板输送机链速设为60％额定链速；当检测到的转载机运煤量为额定运量的30％-40％时，刮板输送机链速设为40％额定链速；当检测到的转载机运煤量小于额定运量的30％时，刮板输送机链速设为30％额定链速。

9.如权利要求6所述的煤矿井下工作面设备逆反馈式输送***的控制方法，其特征在于：其中对采煤机工作位置信息进行采集和处理具体包括如下步骤：

首先利用采煤机定位装置，确定采煤机相对于刮板输送机的位置和前进方向信息，然后通过有线或无线方式将该信息传输给控制箱，从而分析计算出此时刮板输送机的最优运行速度值，即当前的刮板输送机速度给定值，最后控制箱把得到的刮板输送机速度给定值输入智能调速变频器，通过智能调速变频器来控制机头电动机和机尾电动机的转速，从而对刮板输送机进行调速；

其中利用采煤机定位装置，确定采煤机相对于刮板输送机的位置和前进方向信息的具体步骤是：

(1)采煤机定位装置包括安装在采煤机护板上的红外线发射器，以及至少两个安装在液压支架立柱上的红外线接收器；

(2)当采煤机在刮板输送机上行走时，红外线接收器通过与红外线发射器的配合连续采集采煤机所在的位置点信息，并把信息传输给控制箱，控制箱根据收到的信息，从而确定出采煤机是机头方向行走还是机尾方向行走，并且确定出采煤机在刮板输送机上的具***置；

其中分析计算出此时刮板输送机的最优运行速度值的具体步骤是：最优运行速度值按照如下的速度曲线函数计算：

$\&Integral;\left(x\right)=\begin{array}{cc}{0.0008x}^2+0.004x+0.4& (-25<x\&le;25)\\ {0.0005x}^2-0.0075x+0.675& (25<x\&le;100)\\ 0001x+1.15& (100<x\&le;150)\\ -0.004x+1.9& (150<x\&le;175)\\ -0.005x+2.075& (175<x\&le;185)\\ {0.0021x}^2-0.83x+83.7& (185<x\&le;-185)\\ -0.005x+2.075& (-185<x\&le;-175)\\ {0.000008x}^2+0.0002x-0.4& (-175<x\&le;-50)\\ {-0.00024x}^2+0.0047x+1.62& (-50<x\&le;-25)\end{array};$

其中∫(x)为刮板输送机的转速，单位为米/秒，x为采煤机与刮板输送机机头的距离，单位为米。