一、采煤機自動控制功能概述
采煤機的自動化是整個工作面自動化的中心環(huán)節(jié)。JOY7LS1A采煤機配備記憶智能程控煤巖分界識別及控制系統(tǒng)即記憶截割系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一種基于位置傳感器和計算機記憶截割的技術，通過計算機的記憶儲存及自動控制實現(xiàn)采煤機滾筒的自動調(diào)高。
記憶截割系統(tǒng)是采煤機的可選功能。此系統(tǒng)增強了采煤機支架聯(lián)動（SIRSA）系統(tǒng)功能，可在JNA Face Boss電控系統(tǒng)中編制不同的割煤方法。一旦編制了這些方法并啟動后，采煤機將在司機最小限度的干預下自動運行。
記憶截割程序使用兩個安裝在搖臂根部的角度傳感器，跟蹤兩個搖臂的高度，每個搖臂各使用1個角度傳感器。在電控箱中裝有兩個俯仰/搖擺傳感器，程序用來跟蹤采煤機的俯仰和搖擺角度。這些部件與JNA Face Boss系統(tǒng)一起可使采煤機沿工作面自動運行，而不受坡度和搖擺角度的影響。
圖1 采煤機傳感器
二、自動控制實現(xiàn)方式
要實現(xiàn)采煤機記憶截割功能需按要求完成以下基本設置。
1.輸入記憶截割參數(shù)
操作人員需要在自動操作屏幕上輸入以下參數(shù)以實現(xiàn)記憶割煤。主要包括清除學習模式的數(shù)據(jù)、最大煤層厚度、最小煤層高度、采煤機“X”“Y”“Z”方向相關尺寸、搖臂的長度及其顯示單位、支腿間距、滾筒直徑、高度閾值、搖臂調(diào)整閾值、滾動傳感器的滿刻度值、俯仰傳感器的滿刻度值、左臂角度傳感器滿刻度值、右臂角度傳感器滿刻度值、Delta高度、手動轉(zhuǎn)換模式、記憶截割控制模式、臥底控制最大范圍、左滾筒臥底量、右滾筒臥底量、臥底控制選擇、煤層俯仰角補償、俯仰角變化增量、左搖臂角度修正值、右搖臂角度修正值、俯仰角度修正值、搖擺角度修正值、頂板控制、禁止檢查。
2.采煤機支架聯(lián)動參數(shù)
操作人員需打開牽引參數(shù)屏幕輸入以下參數(shù)，主要包括左端頭支架、右端頭支架、機頭自動停止支架、機尾自動停止支架、左復位支架、右復位支架。
3.俯仰/搖擺傳感器設定
JNA Face Boss系統(tǒng)需要與關于采煤機位置有關的信息才能正常工作，俯仰和搖擺傳感器給系統(tǒng)提供了采煤機水平位置的信息。使用記憶割煤前，必須先對俯仰和搖擺傳感器進行標定。這兩個傳感器的校準程序要求標定以下四個參數(shù)：俯仰值的滿刻度值、搖擺值的滿刻度值、俯仰角度的修正值、搖擺角度的修正值。
4.支架寬度設定
JNA Face Boss系統(tǒng)存儲的采煤機相對于支架系統(tǒng)的位置信息是記憶截割和采煤機支架聯(lián)動的操作的基本信息。采煤機操作人員在執(zhí)行這些操作以前必須先執(zhí)行支架寬度標定。
5.搖臂角度傳感器設定
JNA Face Boss系統(tǒng)需要搖臂的位置信息才能正確執(zhí)行自動割煤功能。搖臂角度傳感器放置在每一個搖臂中，能夠為系統(tǒng)提供搖臂位置的信息。在使用記憶截割前，兩個搖臂的測角儀都必須要進行校準。JNA Face Boss系統(tǒng)提供了自動的和手動兩種校準傳感器的方法。
測角儀的校準過程要求校準以下四個參數(shù)：左搖臂測角儀滿刻度值、右搖臂測角儀滿刻度值、左搖臂測角儀修正值、右搖臂測角儀修正值。
6.編輯記憶截割程序過程表
JNA Face BossSystem用過程表去控制所有記憶截割的程序。有不同的方法來配置記憶截割的功能。搖臂自動控制模式通常是輸入一個“過程區(qū)間”，此過程區(qū)間包括相關的牽引和啟/停的支架號。控制系統(tǒng)保存的過程區(qū)間的數(shù)量是不受限制的，這些過程區(qū)間組成一個過程表。能夠創(chuàng)建和保存多個過程表，每個表都有唯一名字。
記憶截割系統(tǒng)使用存儲在程序表中的信息自動的執(zhí)行采煤機的某些操作。這些自動的操作包括沿著底板中部槽移動采煤機和升高/降低搖臂。過程表被分成不同的區(qū)間，每個區(qū)間制定采煤機在刮板輸送機的某一段上的采煤機動作。在通常的記憶截割配置中，經(jīng)常使用下列點作為參考。如圖2所示。
圖2 記憶割煤配置中的參考點
7.設定搖臂控制模式
在建立的一個過程區(qū)間內(nèi)，每個搖臂都可以設定為不同的模式，包括：
1手動模式：操作人員手動控制每個搖臂的高度。
2程序模式：僅僅在水平或者坡度變化較小時使用。自動運行時，程序模式將控制搖臂并設定搖臂固定的截割高度。此高度為與當前搖擺角的平行線垂直的滾筒中心到中部槽底板之間的距離。
3程序差模式：允許采煤機在正的或負的高度情況下，自動的控制尾部或參考基準的滾筒。這個高度由導向滾筒和尾滾筒的高度差值所決定的。當采煤機開始截割時，導向滾筒的高度被儲存。尾滾筒將以確定的垂直偏差值跟隨相同的截割輪廓，垂直差值導向滾筒和尾滾筒中心間的垂直距離。當新建立一個程序差區(qū)間時，在過程表中輸入此垂直差值。正確的差值為采高減去滾筒直徑（偏差=要求采高-滾筒直徑）。程序差模式、程序模式或重復模式都可以手動操作導向滾筒，程序差模式用于固定采高的煤層。
臥底控制功能加強了程序差模式的功能，它可以控制臥底量。如果記憶割煤程序試圖把滾筒升離底板或試圖向下割底板，臥底控制將把臥底深度限定在臥底控制量最大區(qū)間參數(shù)、左滾筒臥底量和右滾筒臥底量參數(shù)限定的范圍內(nèi)，每個方向都可以使用或禁止臥底控制。
4有基準的程序差模式：此模式用于自動控制導向滾筒和尾滾筒。這個模式和程序差模式相似，但不用導向滾筒作為基準，用程序表中以前一區(qū)間中儲存的高度作為基準。
5重復模式：允許司機把工作面的輪廓輸入記憶截割程序，然后在割煤過程中重復。在沿工作面的手動控制割煤過程中，記憶割煤系統(tǒng)保存或?qū)W習一個搖臂的高度輪廓。一旦采煤機保存了輪廓曲線，且處于自動模式，重復模式將復制保存割煤過程。如果在重復模式下，操作人員手動調(diào)節(jié)了搖臂高度，一旦松開搖臂按鈕，搖臂將自動返回程序保存的高度。在任何時候操作人員能夠?qū)⒉擅簷C切換回“學習”重新保存一段工作面輪廓曲線。
6在線學習功能：當工作面輪廓變化，司機可能發(fā)現(xiàn)有必要重新執(zhí)行教學模式來記憶工作面的輪廓。從自動模式切換到學習模式，可開始學習模式。
三、測試及應用情況
某礦44305工作面從2008年9月份開始采用自動化工藝進行生產(chǎn)，生產(chǎn)中實際采煤機速度為6-8m/min，最大可達10m/min，每刀煤平均用時1h，生產(chǎn)班割煤6-7刀，每天割煤14刀，每刀煤平均產(chǎn)量665t，工作面平均日產(chǎn)9310t，最高日產(chǎn)9730t，工作面具備年產(chǎn)300萬t能力。
在自動化測試階段，先后試驗了采煤機尾滾筒隨動割煤、采煤機記憶割煤、采煤機記憶割煤加有線遠程干預三種自動化工藝。其效果評價如下：
①尾滾筒隨動割煤評價
測試方案：由一個煤機司機操作導向滾筒，尾滾筒隨動，并通過采高設定及底板控制等參數(shù)進行約束。
測試結(jié)果：可實現(xiàn)單人操作采煤機，煤機司機可根據(jù)工作面變化及時調(diào)整導向滾筒高度，采煤機對頂?shù)装蹇刂戚^好。該工藝必須有操作人員跟機作業(yè)，在1.8m采高條件下，當采煤機速度超過6m/min時，人員跟機操作困難，采煤機割煤能力得不到充分發(fā)揮。
②采煤機記憶割煤效果評價
測試方案：采煤機采用記憶截割，支架跟隨采煤機自動拉架、推溜，在工作面條件惡劣的區(qū)段對采煤機進行人工干預，工作面變化較大時采煤機學習標準刀。正常工作時采煤機司機監(jiān)護煤機運行狀況，遇到緊急情況進行干預操作，支架工監(jiān)護支架運行情況，對未動作到位的支架進行人工干預。
測試結(jié)果：采用雙向割煤工藝進行“學習/重復模式”記憶割煤。采煤機可以對不同區(qū)段滾筒高度進行記憶，但試驗過程中發(fā)現(xiàn)煤機在底板變化不大的情況下能夠比較準確地控制滾筒高度，不割頂?shù)装?；在底板變化較大的地方，對割煤高度控制不好，時常出現(xiàn)割頂、割底、留臺階等情況，影響煤質(zhì)，需要加以人工干預或重新學習。另外，該工藝通過采煤機自動重復示范刀割煤，該方式下不能有效對工作面內(nèi)的設備和巡視人員的安全狀況進行監(jiān)測。
③采煤機記憶割煤加有線遠程干預效果評價
測試方案：采用煤機記憶割煤、支架跟機自動化，操作人員根據(jù)工作面機頭監(jiān)控系統(tǒng)提供的信息對煤機及支架進行遠程干預。該工藝通過采煤機上的攝像系統(tǒng)對工作面進行遠程監(jiān)視，主要解決了工作面內(nèi)設備和人員的安全問題，并可通過遠程干預實時調(diào)整采煤機滾筒高度，適應煤層變化。
測試結(jié)果：無人工作面自動化工藝在頂?shù)装鍡l件較好的情況下可以實現(xiàn)所要求的功能，實現(xiàn)工作面全自動化、無人化運行。在工作面地質(zhì)條件變化區(qū)域，部分功能受干擾因素較多，應用效果有待提高。
存在的主要問題：首先視頻監(jiān)控范圍有限，操作人員無法看到整個工作面設備的實際運行狀態(tài)；發(fā)生支架推拉銷斷、液管損壞、煤機拖拽電纜損壞等緊急情況時無法及時發(fā)現(xiàn)。其次采煤機司機通過視頻監(jiān)測工作面頂?shù)装迩闆r存在一定視覺誤差，無法做到準確控制采煤機滾筒高度，保證割煤質(zhì)量。
④支架三角區(qū)域自動化試驗效果評價
測試情況：對支架三角區(qū)自動化程序進行了測試，程序可以實現(xiàn)預期功能。原程序存在三角區(qū)范圍太長的缺點，現(xiàn)在程序已經(jīng)修改，可根據(jù)實際工藝設置三角區(qū)返刀距離。機頭屬人員相對集中區(qū)域，機頭、機尾端頭支架與刮板機驅(qū)動蓋板間距離較小，在上述區(qū)域運行自動化拉架程序存在一定人員及設備安全隱患，需在監(jiān)護下運行自動化程序。
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