綜采工作面設(shè)備配套選型專家系統(tǒng)

綜采工作面設(shè)備配套選型專家系統(tǒng)陳楠郁鐘銘摘要為使設(shè)備配套選型合理，應(yīng)用專家系統(tǒng)的理論和思想，結(jié)合計算機(jī)技術(shù)，對綜采工作面設(shè)備選型和配套進(jìn)行研究，開發(fā)設(shè)計的DHFES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備選型和配套的科學(xué)化和智能化。關(guān)鍵詞高產(chǎn)高效綜采工作面設(shè)備配套選型專家系統(tǒng)1概述高產(chǎn)高效礦井建設(shè)已成為煤炭行業(yè)的發(fā)展趨勢，工作面高產(chǎn)高效是礦井高產(chǎn)高效的核心，工作面高產(chǎn)高效的先決條件是綜采設(shè)備的正確選擇和使用。綜采工作面設(shè)備主要由采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和液壓支架組成，通常稱為工作面“三機(jī)”，只有通過正確的“三機(jī)”配套選型，才能充分發(fā)揮設(shè)備的生產(chǎn)效能，搞好工作面設(shè)備選型和配套是用好工作面設(shè)備的前提。本文結(jié)合綜采技術(shù)，針對設(shè)備選型的特點(diǎn)，運(yùn)用專家系統(tǒng)的理論和方法，以VisualFoxPro為工具，設(shè)計完成一個能直接應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)實(shí)際的綜采工作面設(shè)備配套選型專家系統(tǒng)(DHFES)，從而實(shí)現(xiàn)工作面設(shè)備“單機(jī)”和配套選型的科學(xué)化、智能化。2綜采設(shè)備配套選型2.1液壓支架選型2.1.1液壓支架選型原則支護(hù)強(qiáng)度與工作面礦壓相適應(yīng)；②支架結(jié)構(gòu)與煤層賦存條件相適應(yīng)；③支護(hù)斷面與通風(fēng)要求相適應(yīng)。2.1.2影響液壓支架選型的主要因素頂板(直接頂、老頂)和底板巖性，煤層可采厚度，煤層傾角，煤層瓦斯含量等。2.1.3支架性能參數(shù)的確定架型根據(jù)頂、底板巖性級別來確定。支架最大高度Hmax和最小高度H訕H=M+0.2maxmaxmaxH訕=M訕一(0.25?0.35)式中M、M煤層最大、最小采高,m。支架罕作阻力。本文采用折算法來計算頂板載荷，即按老頂巖性和支架最大高度確定的支架載荷Q。Q=qFX10-3式中Q——支架載荷，kN；F——支架的支護(hù)面積，m2；q——支架的支護(hù)強(qiáng)度，MPa。2.2采煤機(jī)選型2.2.1采煤機(jī)選型原則①適合特定的煤層地質(zhì)條件，并且采煤機(jī)采高、截深、牽引速度等參數(shù)選取合理，有較大的實(shí)用范圍；②滿足工作面開采生產(chǎn)能力要求，采煤機(jī)實(shí)際生產(chǎn)能力要大于工作面設(shè)計生產(chǎn)能力10%?20%；③與液壓支架和刮板輸送機(jī)相匹配。2.2.2影響采煤機(jī)選型的主要因素煤層的力學(xué)特性、厚度和傾角，工作面生產(chǎn)能力。2.2.3采煤機(jī)性能參數(shù)的確定采高。采煤機(jī)的采高H應(yīng)與煤層厚度M的變化范圍相適應(yīng)，由于浮煤和頂板下沉的影響，工作面的實(shí)際高度會在開采過程中變小，為保證采煤機(jī)能夠正常工作，采高Ht與煤層厚度M應(yīng)保持下列關(guān)系M=(1.1?1.2)HtM：11=(0.9?0.95)Ht「n式中H、H采煤機(jī)最小、最大采高，m。1深「截深的選取與煤層厚度，煤層軟硬，頂板巖性以及支架移架步距有關(guān)，DHFES系統(tǒng)的截深由用戶自己選擇。牽引速度。這主要根據(jù)工作面設(shè)計生產(chǎn)能力來選擇式中Qh——工作面小時產(chǎn)量，t/h；Vg采煤機(jī)所需牽引速度，m/min；M采高，m；B截深，m；Y煤容重，t/m3。所選工作面采煤機(jī)牽引速度VNV。裝機(jī)功率。采煤機(jī)需要配備時電動機(jī)功率，決定于煤質(zhì)硬度f和煤層開采厚度M，裝機(jī)功率的大小決定采煤機(jī)在具體條件下可能達(dá)到的生產(chǎn)率。N=60BMVH/3.6N2=3001X0.6XFX0.9XV/3式中N「N——電動機(jī)功率，kW；H——能耗系數(shù)，按1.1?4.4選?。籉——煤質(zhì)硬度系數(shù)。2.3刮板輸送機(jī)選型2.3.1刮板輸送機(jī)選型原則①刮板輸送機(jī)的運(yùn)輸能力應(yīng)大于采煤機(jī)最大生產(chǎn)能力，一般取1.2倍；②要根據(jù)刮板鏈的負(fù)荷確定鏈條數(shù)目，結(jié)合煤質(zhì)硬度選擇鏈子結(jié)構(gòu)型式；③應(yīng)優(yōu)先選用雙電機(jī)雙機(jī)頭驅(qū)動方式；④應(yīng)優(yōu)先選用短機(jī)頭和短機(jī)尾；⑤應(yīng)滿足采煤機(jī)的配合要求。2.3.2刮板輸送機(jī)參數(shù)的確定工作面輸送機(jī)運(yùn)輸能力的確定。工作面刮板輸送機(jī)必備的運(yùn)輸能力Qb1，Qb2，可用如下計算式分別計算Qb1=60KKKQcysh式中K——采煤機(jī)與輸送機(jī)的相對修正系數(shù)K=V/(V土V)，V、V分別為輸送機(jī)鏈速和割煤速度，它們方向相同時：式中取“-”號：相反取“+”號；K——輸送機(jī)的裝載不均勻系數(shù)，取1.5?1.6；Ks——考慮煤層傾角及運(yùn)輸方向的系數(shù)，煤炭下運(yùn)時，傾角W10°，K=1.3，傾角＞10°時，K=1.5；上運(yùn)時，傾角＜10°，K=0.9，傾角＞10。時，K=0.7。ss另外根據(jù)工作面生產(chǎn)能力確定的輸送機(jī)能力：式中Q——工作面年產(chǎn)量，t/a；d——年工作日，一般為300d；f——能力富裕系數(shù)；h——日工作時間，h；K——開機(jī)率。則刮板輸送機(jī)必備的運(yùn)輸能力Q=max{Q，Q}所選刮板輸送機(jī)額定運(yùn)輸能力qMq，則符合要求。工作面刮板輸送機(jī)長度的確定。輸送機(jī)的鋪設(shè)長度要能夠達(dá)到工作面長度，即工作面上只鋪設(shè)1臺輸送機(jī)，所以所選輸送機(jī)的出廠長度日工作面長度的值時，符合要求。工作面輸送機(jī)功率的確定。①工作面輸送機(jī)的重段、空段阻力W1與W2為W=qL(fcosa—sina)+qL(fcosa—sina)101ET/C一「?2一、W2=qL(f2cosa+sina)式中W、W——重段、空段阻力，kN；1q°——刮板輸送機(jī)每米刮板鏈的重量，kg/m；q每米刮板輸送機(jī)負(fù)荷，q=Q/3.6V，V為鏈速(m/s)；L——刮板輸送機(jī)的鋪設(shè)長度，m；f1——煤與刮板之間的摩擦因數(shù)，取0.7；f——金屬板之間的摩擦因數(shù)，取0.4；a2——輸送機(jī)的傾斜坡度。刮板輸送機(jī)運(yùn)行所需的最大最小功率N1和N2為N=KK(W+W)V/102K1a012dN2=KbqLVcosa/102%式中K、Kb——功率備用系數(shù)，分別取1.15、1.20；aKd——傳動效率，取0.83；Kd——刮板彎曲段阻力因數(shù)，可取1.12。刮板輸送機(jī)所需的電機(jī)功率N為(1)式中N——刮板輸送機(jī)電機(jī)必備功率，kW；%——電機(jī)容量備用因數(shù)，可取0.72。2.4“三機(jī)”配套選型“三機(jī)"幾何關(guān)系配套從安全的角度出發(fā)，支架前柱到煤壁的無立柱空間愈小愈好?！叭龣C(jī)”性能配套主要解決各設(shè)備性能間互相制約的問題，從而充分發(fā)揮設(shè)備性能，以滿足生產(chǎn)的需要?！叭龣C(jī)”生產(chǎn)能力配套工作面生產(chǎn)能力取決于采煤機(jī)落煤能力，而工作面輸送機(jī)、液壓支架和其它設(shè)備的生產(chǎn)能力都要大于采煤機(jī)的生產(chǎn)能力。綜采工作面的生產(chǎn)能力，可按下列程序計算：確定綜采工作面所需的生產(chǎn)能力。工作面所需的小時生產(chǎn)能力可按下式計算式中k——生產(chǎn)不均衡因數(shù)，可取1.1?1.25；Q——工作面日產(chǎn)量，t/d；s——時間利用系數(shù)，目前一般為0.3?0.5。采煤機(jī)可實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)能力?？砂聪率接嬎悖篞=60V1HBy式中Qs——采煤機(jī)可實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)能力，t/h；V1采煤機(jī)牽引速度，m/min；H———平均采高，m。刮板輸送機(jī)可實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)能力。可按下式計算：Q=3600叫丫V2式中Q——刮板輸送機(jī)可實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)能力，t/h；F——溜槽貨載截面積，m2；W——裝滿因數(shù)，一般為0.65?0.90；——裝載的松散容重，t/m3；刮板機(jī)鏈速，m/s。各單機(jī)可實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)能力與工作面生產(chǎn)能力的關(guān)系應(yīng)滿足：QcNQsNQh2.5DHFES的設(shè)計和使用本文采用VisualFoxPro為開發(fā)工具，設(shè)計完成了雙高工作面專家系統(tǒng)(DoublesHighFaceExpertSystem)，簡稱DHFES。系統(tǒng)的工作過程是：①系統(tǒng)以靜態(tài)數(shù)據(jù)庫的形式將工作面的自然條件特征如煤層厚度、傾角等，工作面參數(shù)如設(shè)計生產(chǎn)能力，工作面長度，以及“三機(jī)”的具體型號、技術(shù)特征等貯存起來；②系統(tǒng)從靜態(tài)數(shù)據(jù)庫中取出工作面的相應(yīng)數(shù)據(jù)，運(yùn)用知識庫中的規(guī)則，按一定的推理方式進(jìn)行“三機(jī)”選型推理，其中間結(jié)果以動態(tài)數(shù)據(jù)庫形式貯存起來，根據(jù)需要可隨時取出；③系統(tǒng)經(jīng)過推理搜索得到若干種適合工作面條件的“三機(jī)”設(shè)備，最后系統(tǒng)將進(jìn)行“三機(jī)”配套方案的確定；④按一定順序和形式輸出DHFES確定的“三機(jī)”配套方案，提供給用戶。DHFES系統(tǒng)應(yīng)用“事實(shí)一結(jié)論，，的正向推理方法，運(yùn)用深度優(yōu)先的控制策略，其推理過程如圖1所示。圖1DHFES推理過程DHFES系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)可分為四大部分：①系統(tǒng)管理；②基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入；③設(shè)備選型推理；④幫助。3實(shí)例研究對盤江礦務(wù)局山腳樹礦21128工作面進(jìn)行實(shí)例研究。21128綜采工作面位于山腳樹礦21126工作面的下部，21126工作面上部21104工作面已回采完畢，煤層賦存較穩(wěn)定，直接頂為2.5?3.0m的泥質(zhì)砂巖和粉砂巖，老頂為8.0?10.0m的鐵質(zhì)細(xì)砂巖，屬I類II級頂板，底板為II類松軟底板，瓦斯涌出量為5.3m3/min，煤層采高2.0?3.55山，平均采高3.0m，煤層平均傾角為10°，煤的普氏系數(shù)f=1?2，煤層容重1.47t/m3，礦井計劃產(chǎn)量90萬t/a，勞動組織為“三八制”。通過DHFES系統(tǒng)推理運(yùn)行，得出21128工作面設(shè)備配套方案有3種:方案1：MG200-GW采煤機(jī)，ZY3200/17/38液壓支架，SGZ-764/500刮板輸送機(jī)。方案2：MG200-GW采煤機(jī)，ZY3200/17/38液壓支架，800B刮板輸送機(jī)。方案3：EDW300-L/LH采煤機(jī)，ZY3200/17/38液壓支架，800B刮板輸送機(jī)。通過經(jīng)濟(jì)和技術(shù)比較，三個方案的優(yōu)先選用關(guān)系：方案1＞方案3＞方案2。產(chǎn)量和工效預(yù)測結(jié)果為：工作面日產(chǎn)2850.54t/d,工作面年產(chǎn)85.52萬t/a,工效25.23t/工。以上運(yùn)行結(jié)果完全符合設(shè)計要求和生產(chǎn)實(shí)際需要，只要將開機(jī)率或采煤機(jī)牽引速度提高10%，工作面產(chǎn)量和工效平均提高10%，證明DHFES系統(tǒng)具有一定的專家水平，是合理的、可行的。4結(jié)論DHFES系統(tǒng)設(shè)備選型和配套一體化，通過實(shí)例研究表明可以實(shí)現(xiàn)綜采工作面設(shè)備配套選型科學(xué)化、系統(tǒng)化、智能化，并為其他條件下綜采設(shè)備的選型和配套提供有益經(jīng)驗(yàn)。DHFES系統(tǒng)將數(shù)據(jù)庫和專家系統(tǒng)有機(jī)地集成運(yùn)用，擴(kuò)展了各自的功能和應(yīng)用范圍，將參數(shù)定量化，大大提高了系統(tǒng)的推理速度和效率，系統(tǒng)以工作面編號為中心線索，推進(jìn)過程始終圍繞此線索進(jìn)行。DHFES系統(tǒng)將知識庫和推理機(jī)分開，有利于推理機(jī)系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性和知識庫的維護(hù)與更新。系統(tǒng)具有實(shí)現(xiàn)工作面單機(jī)選型和設(shè)備配套選型的功能，是專家系統(tǒng)在綜采工作面設(shè)備選型方面應(yīng)用的一種新的嘗試。作者簡介陳楠1974年生，1998年畢業(yè)于貴州工業(yè)大學(xué)采礦系并獲碩士學(xué)位，現(xiàn)在煤炭科學(xué)研究總院上海分院掘進(jìn)所工作，發(fā)表論文數(shù)篇。地址：上