阅读说明：本技术 一种煤矿井下综放工作面煤流运输智能调速系统及方法 (Intelligent speed regulating system and method for coal stream transportation of underground fully mechanized caving face of coal mine ) 是由 路绪良 王忠宾 闫海峰 谭超 司垒 安晓飞 于 2020-05-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种煤矿井下综放工作面煤流运输智能调速系统及方法,用于控制采煤机的综放工作面运输设备的前部刮板输送机、后部刮板输送机和转载机的运行频率,本发明以三个运输设备的负载电流值作为参考,协同调节三个运输设备的运行频率,使各个运输设备以合适的运行频率运行以匹配平衡各自运输负载,进而实现运输设备不间断不停机连续工作,提高煤流运输效率和煤炭生产效率。(The invention discloses an intelligent speed regulating system and method for coal stream transportation of a fully mechanized caving face of an underground coal mine, which are used for controlling the operating frequencies of a front scraper conveyor, a rear scraper conveyor and a reversed loader of fully mechanized caving face transportation equipment of a coal mining machine.)

一种煤矿井下综放工作面煤流运输智能调速系统及方法

技术领域

本发明涉及煤矿井下综放工作面煤流运输领域，具体涉及一种煤矿井下综 放工作面煤流运输智能调速系统及方法。

背景技术

在煤矿井下综放工作面，前部刮板输动机、后部刮板输送机和转载机作为 煤矿井下主要运输设备，其自动化程度决定着煤炭运输效率。煤矿井下综放工 作面煤流运输过程中，首先在前部刮板输送机上行走的采煤机进行截割采煤机 正面的煤壁，割下来的煤块落入前部刮板输送机，并由前部刮板输送机运输到 转载机，同时液压支架通过尾梁进行放顶煤，放下来的煤块落入后部刮板输送 机，并由后部刮板输送机运输到转载机；然后转载机把煤运输至皮带运输机， 由皮带运输机把煤运送至地面。在此过程中，由于前部刮板输送机、后部刮板 输送机和转载机的额定功率有限，过载的煤流会导致前部刮板输送机、后部刮 板输送机或者转载机出现过载现象而导致其停机停止工作，严重影响煤矿井下 煤流的运行效率和煤炭的生产效率。

煤矿井下综放工作面运输设备前部刮板输送机、后部刮板输送机以及转载 机的驱动电机是由变频器控制的，三种设备的工作模式各有两种工作模式：工 频模式和变频模式。在工频模式下，运输设备是以恒定的额定运行频率工作， 无论负载是轻载还是过载。如果负载是轻载，设备工作做的功远大于负载做的 功，则会造成动力资源浪费；如果负载是过载，设备工作做的功远小于负载做 的功，则会造成设备因过载而停机或者造成设备损坏，进而影响煤矿井下综放 工作面煤流运输效率，影响煤炭生产。在变频模式下，设备的运行频率是可控 可调的，根据设备运输的负载量调整运行频率，使设备做的功和负载做的功近 似平衡，即保障了设备不断不停机的连续工作，有节省了动力能源。

国内大部分煤矿仍然依靠人工方式根据负载对前部刮板输送机、后部刮板 输送机和转载机进行变频调节，或者使设备在工频模式下工作。由于煤矿井下 综放工作面工况复杂多变并且工人经验也存在差异，所以很难对运输设备进行 准确的变频调节。因此，综放工作面运输设备无论在变频模式下人工方式进行 变频调节，还是直接在工频模式下恒频率运行，都会造成动力能力浪费和影响 井下煤流的运输效率和煤炭生产效率。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明提供一种煤矿井下综放工作面煤流运输 智能调速系统，其以三个运输设备的负载电流值作为参考，协同调节三个运输 设备的运行频率，使各个运输设备以合适的运行频率运行以匹配平衡各自运输 负载，进而实现运输设备不间断不停机连续工作，提高煤流运输效率和煤炭生 产效率。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种煤矿井下综放工作面煤流运输智能调速方法，用于控制采 煤机的综放工作面运输设备的前部刮板输送机、后部刮板输送机和转载机的运 行频率，具体包括：

转载机启动后，采集其运行电流值并进行判断，并根据转载机运行电流与 额定电流之间的比例关系获得转载机的运行状态，并结合采煤机的工作状态， 向前部刮板输送机和后部刮板输送机发送请求信号；

前部刮板输送机启动后，采集其运行电流值并进行判断，并根据转载机的 请求信号进行相应的增减速；

后部刮板输送机启动后，采集其运行电流值并进行判断，并根据转载机的 请求信号进行相应的增减速。

优选地，后部刮板输送机上还设有液压支架，所述液压支架根据转载机请 求进行放煤调速；

当请求液压支架放煤减速，如果放煤口的数量多于1个，则减少1个放煤 口进行放煤5秒，否则为1个放煤口放煤，缩小其50％的放煤口大小进行放煤 5秒；

当请求液压支架放煤增速，如果放煤口的数量少于3个，则增加1个放煤 口进行放煤5秒，否为3个放煤口进行放煤并保持当前状态进行正常放煤。

优选地，转载机启动后：

若转载机运行电流小于额定电流的50％，转载机保持当前状态继续运行， 10秒后判断转载机负载状态，若不欠载则继续运行10秒，若欠载则判断采煤 机和液压支架状态；如果采煤机正在割煤，请求前部刮板输送机增速，否则转 载机降速5％运行；如果液压支架正在放煤，请求后部刮板输送机增速，否则转 载机降速5％运行；

若转载机运行电流大于等于额定电流的50％并且小于额定电流的150％，则 为正常负荷工作状态并保持此状态运行，直至需要定期检修维护时停止转载机 运行；

若转载机运行电流大于等于额定电流的150％并且小于额定电流的200％， 则保持当前状态继续运行，10秒后判断转载机负载状态，若不超载则继续运行 10秒，若超载则判断采煤机和液压支架状态；如果采煤机正在割煤，请求前部 刮板输送机减速，否则转载机降速5％运行；如果液压支架正在放煤，请求后部 刮板输送机减速，否则转载机降速5％运行；

若转载机运行电流大于等于额定电流的200％，则保持当前状态运行，5秒 后判断转载机负载状态，若不超载则继续运行5秒，若超载则停止运行前部刮 板输送机、后部刮板输送机和转载机。

优选地，前部刮板输送机启动后：

当转载机请求减速，若前部刮板输送机运行速度为最小速度，请求采煤机 减速，否则前部刮板输送机减速5％运行；

当转载机请求增速，若前部刮板输送机运行速度为最大速度，请求采煤机 增速，否则前部刮板输送机增速5％运行；

若转载机无请求，则前部刮板输送机根据其运行电流做出如下动作：

(1)如果前部刮板输送机运行电流小于额定电流的50％，保持其当前状态 继续运行，10秒后判断其负载状态，若不欠载则继续运行10秒，若欠载判断 采煤机状态，如果采煤机正在割煤，请求采煤机增速，否则前部刮板输送机减 速5％运行；

(2)如果前部刮板输送机运行电流大于等于额定电流的50％并且小于额定 电流的150％，则为正常负荷工作状态并保持此状态运行，直至需要定期检修维 护时停止前部刮板输送机运行；

(3)如果前部刮板输送机运行电流大于等于额定电流的150％并且小于额 定电流的200％，则保持当前状态继续运行，10秒后判断其负载状态，若不超 载则继续运行10秒，若超载判断采煤机状态，如果采煤机正在割煤，请求采 煤机减速，否则前部刮板输送机增速5％运行；

(4)如果前部刮板输送机运行电流大于等于额定电流的200％，则保持当 前状态运行，5秒后判断其负载状态，若不超载则继续运行5秒，若超载则停 止运行前部刮板输送机。

优选地，后部刮板输送机启动后：

当转载机请求减速，若后部刮板输送机运行速度为最小速度，请求液压支 架放煤减速，否则后部刮板输送机减速5％运行；

当转载机请求增速，若后部刮板输送机运行速度为最大速度，请求液压支 架放煤增速，否则后部刮板输送机增速5％运行；

当转载机无请求，则后部刮板输送机根据其运行电流做出如下动作：

(1)如果后部刮板输送机运行电流小于额定电流的50％，保持其当前状态 继续运行，10秒后判断其负载状态，若不欠载则继续运行10秒，若欠载则判 断液压支架状态，如果液压支架正在放煤，请求放煤增速，否则后部刮板输送 机减速5％运行；

(2)如果后部刮板输送机运行电流大于等于额定电流的50％并且小于额定 电流的150％，则为正常负荷工作状态并保持此状态运行，直至需要定期检修维 护时停止后部刮板输送机运行；

(3)如果后部刮板输送机运行电流大于等于额定电流的150％并且小于额 定电流的200％，则保持当前状态继续运行，10秒后判断其负载状态，若不超 载则继续运行10秒，若超载则判断液压支架状态，如果液压支架正在放煤， 请求放煤减速，否则后部刮板输送机增速5％运行；

(4)如果后部刮板输送机运行电流大于等于额定电流的200％，则保持当 前状态运行，5秒后判断其负载状态，若不超载则继续运行5秒，若超载则停 止运行后部刮板输送机。

本发明还提供一种煤矿井下综放工作面煤流运输智能调速系统，包括转载 机煤流智能调速单元、前部刮板输送机煤流智能调速单元和后部刮板输送机煤 流智能调速单元；

所述转载机煤流智能调速单元用于控制转载机的运行速度；

前部刮板输送机煤流智能调速单元用于控制前部刮板输送机的运行速度；

后部刮板输送机煤流智能调速单元用于控制后部刮板输送机的运行速度。

优选地，所述后部刮板输送机煤流智能调速单元包括液压支架放煤调速子 单元，用于控制液压支架的运行速度。

优选地，所述转载机煤流智能调速单元根据转载机运行的电流与额定电流 之间的比例关系进行获得转载机的运行状态，并结合采煤机的工作状态，向前 部刮板输送机煤流智能调速单元和后部刮板输送机煤流智能调速单元发送请 求信号；

所述前部刮板输送机煤流智能调速单元与所述后部刮板输送机煤流智能 调速单元采集其运行的电流值并进行判断，并根据转载机的请求信号进行相应 的增减速。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明提高了综放工作面的自动化程度，减少了综放工作面工人数量， 保证综放工作面安全开采，实现了增安少人的煤炭开采战略目标。

(2)本发明提高了综放工作面的煤炭开采效率，增加了煤矿生产效益，同 时节约了煤矿井下设备的动力能源，实现了煤炭的绿色开采。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付 出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明综放工作面转载机煤流智能调速方法流程图；

图2为本发明综放工作面前部刮板输送机煤流智能调速方法流程图；

图3为本发明综放工作面后部刮板输送机煤流智能调速方法流程图；

图4为本发明综放工作面液压支架放煤调速子系统运行流程图；

图5为本发明综放工作面采煤机割煤和液压支架放煤示意图；

图6为本发明综放工作面运输设备的煤流运输及流向示意图。

图中：1、采煤机，2、前部刮板输送机，3、液压支架，4、后部刮板输送 机，5、转载机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

综放工作面运输设备(前部刮板输送机2、后部刮板输送机4和转载机5) 在本发明中的工作模式为变频工作模式，以负载电流值作为参考，协同调节三 个运输设备的运行频率，使各个运输设备以合适的运行频率运行以匹配平衡各 自运输负载，进而实现运输设备不间断不停机连续工作，提高煤流运输效率和 煤炭生产效率。其运输负载量是通过各自运行电机的电流来反映的。

电流能反映运输设备负载大小的具体表述如下：

P_r＝r·U·I·cosα (1)

公式中，P_r为运输设备电机的输入功率；r为定子相数；U为定子电压值(单位 V)；I为定子电流值(单位A)；cosα为定子的功率因数。

P_m＝F·v/η (2)

公式中，P_m为运输设备机械功率；F为负载产生的阻力；η为传动效率。

在综放工作面运输设备工作时，运输设备电机的输入功率和运行设备机械 功率近似平衡，故有P_r＝P_m，即：I＝F·v/(η·r·U·cosα)。

如图5至图6所示为本发明综放工作面采煤机割煤及其煤流在前部刮板输 送2机上的煤流运输方向、液压支架3放煤及其煤流在后部刮板输送机4上的 煤流运输方向、转载机5煤流运输方向。

在综放工作面采煤机1在前部刮板输送机2上行走并进行割煤，割下的煤 经过前部刮板输送机运输2到转载机5，在此过程中如果割煤量大则会造成前 部刮板输送机2负载过大而停机或者损坏；如果割煤量小则会造成前部刮板输 送机2负载过小而浪费动力能源，因此需要对前部刮板输送机2进行智能调速。

在综放工作面液压支架3进行放煤，放下的煤经过后部刮板输送机4运输 到转载机5，在此过程中如果放煤量大则会造成后部刮板输送机4负载过大而 停机或者损坏；如果放煤量小则会造成后部刮板输送机4负载过小而浪费动力 能源，因此需要对后部刮板输送机4进行智能调速。

在综放工作面转载机5把前部刮板输送机2和后部刮板输送机4运来的煤 运输到皮带机，如果前部刮板输送机、后部刮板输送机运来的煤量大则会造成 转载机5负载过大而停机或者损坏；如果前部刮板输送机、后刮板输送机运来 的煤量小则会造成转载机5负载过下而动力能源，因此需要对转载机5进行智 能调速。

本发明实施例提供了一种煤矿井下综放工作面煤流运输智能调速方法，用 于控制采煤机的综放工作面运输设备的前部刮板输送机2、后部刮板输送机4 和转载机5的运行频率，具体包括：

转载机5启动后，采集其运行电流值并进行判断，并根据转载机5运行电 流与额定电流之间的比例关系获得转载机5的运行状态，并结合采煤机1的工 作状态，向前部刮板输送机2和后部刮板输送机4发送请求信号；

前部刮板输送机2启动后，采集其运行电流值并进行判断，并根据转载机 5的请求信号进行相应的增减速；

后部刮板输送机4启动后，采集其运行电流值并进行判断，并根据转载机 5的请求信号进行相应的增减速。

后部刮板输送机4上还设有液压支架3，所述液压支架3根据转载机5请 求进行放煤调速；

参见图4，当请求液压支架3放煤减速，如果放煤口的数量多于1个，则 减少1个放煤口进行放煤5秒，否则为1个放煤口放煤，缩小其50％的放煤口 大小进行放煤5秒；

当请求液压支架3放煤增速，如果放煤口的数量少于3个，则增加1个放 煤口进行放煤5秒，否为3个放煤口进行放煤并保持当前状态进行正常放煤。

参见图1，转载机5启动后：

若转载机5运行电流小于额定电流的50％，转载机5保持当前状态继续运 行，10秒后判断转载机5负载状态，若不欠载则继续运行10秒，若欠载则判 断采煤机1和液压支架3状态；如果采煤机1正在割煤，请求前部刮板输送机 增速，否则转载机5降速5％运行；如果液压支架3正在放煤，请求后部刮板输 送机4增速，否则转载机5降速5％运行；

若转载机5运行电流大于等于额定电流的50％并且小于额定电流的150％， 则为正常负荷工作状态并保持此状态运行，直至需要定期检修维护时停止转载 机5运行；

若转载机5运行电流大于等于额定电流的150％并且小于额定电流的200％， 则保持当前状态继续运行，10秒后判断转载机5负载状态，若不超载则继续运 行10秒，若超载则判断采煤机1和液压支架3状态；如果采煤机1正在割煤， 请求前部刮板输送机2减速，否则转载机5降速5％运行；如果液压支架3正在 放煤，请求后部刮板输送机4减速，否则转载机5降速5％运行；

若转载机5运行电流大于等于额定电流的200％，则保持当前状态运行，5 秒后判断转载机5负载状态，若不超载则继续运行5秒，若超载则停止运行前 部刮板输送机2、后部刮板输送机4和转载机5。

参见图2，前部刮板输送机2启动后：

当转载机5请求减速，若前部刮板输送机2运行速度为最小速度，请求采 煤机1减速，否则前部刮板输送机2减速5％运行；

当转载机5请求增速，若前部刮板输送机2运行速度为最大速度，请求采 煤机1增速，否则前部刮板输送机2增速5％运行；

若转载机5无请求，则前部刮板输送机2根据其运行电流做出如下动作：

(1)如果前部刮板输送机2运行电流小于额定电流的50％，保持其当前状 态继续运行，10秒后判断其负载状态，若不欠载则继续运行10秒，若欠载判 断采煤机1状态，如果采煤机1正在割煤，请求采煤机1增速，否则前部刮板 输送机2减速5％运行；

(2)如果前部刮板输送机2运行电流大于等于额定电流的50％并且小于额 定电流的150％，则为正常负荷工作状态并保持此状态运行，直至需要定期检修 维护时停止前部刮板输送机2运行；

(3)如果前部刮板输送机2运行电流大于等于额定电流的150％并且小于 额定电流的200％，则保持当前状态继续运行，10秒后判断其负载状态，若不 超载则继续运行10秒，若超载判断采煤机1状态，如果采煤机1正在割煤， 请求采煤机1减速，否则前部刮板输送机2增速5％运行；

(4)如果前部刮板输送机2运行电流大于等于额定电流的200％，则保持 当前状态运行，5秒后判断其负载状态，若不超载则继续运行5秒，若超载则 停止运行前部刮板输送机2。

参见图3，后部刮板输送机4启动后：

当转载机5请求减速，若后部刮板输送机4运行速度为最小速度，请求液 压支架3放煤减速，否则后部刮板输送机4减速5％运行；

当转载机5请求增速，若后部刮板输送机4运行速度为最大速度，请求液 压支架3放煤增速，否则后部刮板输送机4增速5％运行；

当转载机5无请求，则后部刮板输送机4根据其运行电流做出如下动作：

(1)如果后部刮板输送机4运行电流小于额定电流的50％，保持其当前状 态继续运行，10秒后判断其负载状态，若不欠载则继续运行10秒，若欠载则 判断液压支架3状态，如果液压支架3正在放煤，请求放煤增速，否则后部刮 板输送机4减速5％运行；

(2)如果后部刮板输送机4运行电流大于等于额定电流的50％并且小于额 定电流的150％，则为正常负荷工作状态并保持此状态运行，直至需要定期检修 维护时停止后部刮板输送机4运行；

(3)如果后部刮板输送机4运行电流大于等于额定电流的150％并且小于 额定电流的200％，则保持当前状态继续运行，10秒后判断其负载状态，若不 超载则继续运行10秒，若超载则判断液压支架3状态，如果液压支架3正在 放煤，请求放煤减速，否则后部刮板输送机4增速5％运行；

(4)如果后部刮板输送机4运行电流大于等于额定电流的200％，则保持 当前状态运行，5秒后判断其负载状态，若不超载则继续运行5秒，若超载则 停止运行后部刮板输送机4。

本发明还实施例还提供一种煤矿井下综放工作面煤流运输智能调速系统， 包括转载机5煤流智能调速单元、前部刮板输送机2煤流智能调速单元和后部 刮板输送机4煤流智能调速单元；

所述转载机5煤流智能调速单元用于控制转载机5的运行速度；

前部刮板输送机2煤流智能调速单元用于控制前部刮板输送机2的运行速 度；

后部刮板输送机4煤流智能调速单元用于控制后部刮板输送机4的运行速 度。

所述后部刮板输送机4煤流智能调速单元包括液压支架3放煤调速子单 元，用于控制液压支架3的运行速度。

所述转载机5煤流智能调速单元根据转载机5运行的电流与额定电流之间 的比例关系进行获得转载机5的运行状态，并结合采煤机1的工作状态，向前 部刮板输送机2煤流智能调速单元和后部刮板输送机4煤流智能调速单元发送 请求信号；

所述前部刮板输送机2煤流智能调速单元与所述后部刮板输送机4煤流智 能调速单元采集其运行的电流值并进行判断，并根据转载机5的请求信号进行 相应的增减速。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发 明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及 其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。