刮板输送机智能控制技术现状与展望

摘要：随着煤炭开采技术现代化的发展和可控变频调速技术的推广应用，刮板输送机的机械结构和驱动技术越来越完善，自动化水平和主动控制精度也越来越高。不断提高刮板输送机元部件机械可靠性的同时，需实现信息化升级，通过信息融合管控技术，在关键零部件的健康监测、运行姿态自主控制等领域取得突破。

关键词：刮板输送机;智能控制;技术现状

引言：刮板输送机是煤矿井下综采工作面的主要运输设备，煤炭综采技术的不断成熟，采煤装备可靠性不断提高，以及信息化技术在煤矿的广泛应用，实现煤矿井下工作面少人、无人化开采已成为行业发展的必然趋势。不断提高刮板输送机元部件机械可靠性的同时，需实现信息化升级，通过信息融合管控技术，在关键零部件的健康监测、运行姿态自主控制等领域取得突破。

1.刮板输送机智能化技术应用现状

刮板输送机采用智能调速控制后，在保证设备工作能力满足使用要求的同时，减少了刮板输送机的运转里程，降低了电量消耗，有效降低了设备磨损，延长了使用寿命;此外，智能调速控制技术也减轻了部分井下劳动者的工作强度，实现部分岗位少人或无人值守，减少了煤矿开采实际的井下作业人数。但由于刮板输送机恶劣的工作环境和运行状况，目前国内多数煤炭企业在建设智能化采煤工作面时并没有要求刮板输送机完整配备各项功能，仍以实现对设备的运行状态监测、链条张力的自动控制为主。

2.刮板输送机工况感知系统

刮板输送机工况感知系统采用多源信息融合技术，实时感知设备运行时各相关传动部件状态叠加后的矢量化信息，为刮板输送机智能监控系统的可靠运行提供基础。工况感知系统通过状态分析模型或比对历史数据库等方式，判断关键零部件的健康状态，并可向用户提供刮板输送机的剩余有效使用时间，同时向用户提供本地报警和数据上传服务，并在刮板输送机出现故障的早期或故障前提醒用户及时介入进行处置，从而降低事故发生的概率和维修时间及成本。

3.刮板输送机智能调速系统

在刮板输送机煤量实时扫描技术的研究基础上，通过综合采煤机、刮板输送机的相关参数，确定了刮板输送机瞬时煤量和平均煤量的计算方法，并结合物料实际输送效果建立智能煤流控制模型。

同时，智能调速系统根据刮板输送机实际装载量及后级设备的输送煤量得出载荷与链速的关系，确定调速策略，实现刮板输送机、转载机的高效智能控制。

4.刮板输送机健康管理系统

由于刮板输送机自身的结构特点以及刮板链长距离的工作运行模式，目前国内矿用刮板输送机只在减速器、电机、链轮轴组等少量部件上配置了多种专用传感器，由工况监测系统将处理后的信息发送至设备健康管理系统。 健康管理系统实时感知基于时间维（工作时长）和负荷维（工作强度）的刮板输送设备运行状态矢量信息，对工况数据进行记录存储及分析处理，采用基于多信息互检、融合技术，通过集成经验数据和故障推理算法的数学模型运算，为用户提供故障预警、处置意见和维护保养建议，用户可以此为依据，更快、更安全地处理设备故障;同时，可根据关键零部件等效寿命的测算数据提示，提前储备相关配件，实现配件库低库存动态管理。健康管理子系统是一个需要精准设计计算、关键指标提取、检测检验知识，以及使用经验、历史数据分析等多种知识、技术的复杂预测系统;健康管理子系统应用模拟仿真、人工智能、大数据分析等技术，融合一个或多个行业专家积累的知识、经验及逻辑推理，模拟专家做决策的过程来解决设备的典型故障。

5.刮板输送机智能化技术存在的问题机智能化技术存在的问题

11.5工况感知系统数据治理不到位

精准、详实的数据是提高刮板输送机控制精度和置信度的基础。只有增加刮板输送机工况信息采集密度、细化信息颗粒度，以及与刮板输送机前、后端（环境数据、采煤机数据、输送机数据）煤机装备保持信息的实时无缝交互，才能提高刮板输送机的智能化控制水平。而现实情况是，大部分煤矿井下环境差，信息采集、传输系统的可靠性和耐用度不能满足使用要求;工作面设备、通信系统由多个供应商分别提供，信息网络整合不到位，数据的可信度低;且未对工作面设备的数据标准、电磁兼容、数据共享提出要求，无法形成可信的数据池等。上述问题导致工况感知系统不能发挥出其应有作用，限制了智能技术的长期、稳定、可靠的应用。

5.2数据交互及多机协同控制缺乏顶层管控

井工煤机装备智能化应以工作面整体效益最优化为目标，刮板输送机智能化的目标也应与之一 致。 在刮板输送机性能允许的边界内，刮板输送机首先需要满足工作面效益最优的目标，接受外部控制，而不能以自身最优化运行;要实现工作面最优化控制，需有一套高于工作面单机控制的上层控制系统，协调各煤机运行。在实际应用中，由于缺乏整体规划及统一的数据平台，且煤机装备信息化水平参差不齐、接口兼容性差、信息编码不统一、没有明确的层级控制关系等问题，导致工作面效益最优化无法实现。井工开采装备是个协同作业群，每个煤机装备需要其他装备提供相关的工况及运行参数;此外，由于部分供应商不对外开放通信接口，造成了煤机装备重复采集相同的数据或无法获取高质量数据，从而导致数据质量差、无效数据多、通信阻塞、延时长等诸多问题。要解决上述问题，需将工作面生产作为一个完整的组织体系进行研究，由上至下定义整个体系的架构、逻辑、优先级及控制权等。

6..刮板输送机技术展望

目前刮板输送机感知技术多为工况状态感知，且仅限于减速器、电机、链轮轴组、刮板链等少数关键元部件，不能够完整地反映出刮板输送机的实时状态。未来将在刮板输送机全姿态感知技术方面进行研究，结合无线感知技术、视觉感知技术及物联网技术等，在提升数据准确性的同时，提升专业化信息采集的颗粒度，将刮板输送机绝大部分重要零部件的运行及健康信息纳入感知系统。未来还将进一步研究专用传感器以检测刮板输送机的走向、倾角、错口量等参数，以及综合采煤机位置、导向、截割轨迹，以及支架的位置、倾角、推移缸位移等信息，实现配套“三机”的自动化协作，使刮板输送机S弯或调直、采煤机进刀、支架对齐等动 作不再需要人工干预。未来，刮板输送机全姿态感知技术将为整体工作面的智能化集中控制及智能决策提供更加完善和更高精度的底层数据支撑，使刮板输送机智能输送系统更加准确、高效、稳定。

结束语：刮板输送机智能监控技术的发展将秉承“绿色、安全、高效、智能”的矿山理念，结合互联网、云平台、大数据分析等技术手段逐步完成数据收集及价值的提取挖掘工作。刮板输送设备要结合数据价值提取，推进设备优化与改进、建立刮板输送设备专用的故障库、决策库，实现故障诊断、寿命预估、运行趋势分析等功能，为促进国家能源发展实现全行业的设备数据统计与数据共享。

参考文献

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