[发明专利]一种综采工作面关键设备能耗建模和协同优化控制方法

说明书

本发明公开了一种综采工作面关键设备能耗建模和协同优化控制方法，所述综采工作面关键设备包括采煤机和刮板输送机，该协同优化控制方法是基于对所述采煤机和刮板输送机建立的能耗模型，分析所述采煤机在各工艺阶段中的能耗与采煤机运行参数之间的关系，以及分析所述刮板输送机在各工艺阶段中的能耗与采煤机运行参数及刮板输送机运行参数之间的关系，并对所述采煤机和刮板输送机的能耗进行优化；本发明在满足综采工作面采煤量及采煤时间等生产要求的同时，能实现综采工作面相同采煤任务内采煤机和刮板输送机双机能耗最小化。

技术领域

本发明属于矿业节能控制技术领域，特别涉及一种综采工作面关键设备能 耗建模和协同优化控制方法。

背景技术

能源是国家繁荣、经济发展和人类生存的基础，能源供应和安全事关国家 现代化建设全局。在我国一次能源结构中，煤炭占化石能源资源的90％以上， 其资源储量近2300亿吨，是稳定、经济、自主保障程度最高的能源，作为保 障能源安全的基石，煤炭的主体能源地位在相当长的时期内不会改变。

煤炭工业是关系国家经济命脉和能源安全的重要基础产业，战略地位至关 重要。目前，我国煤炭90％为井下综采，其生产环境恶劣多变，生产流程复杂， 主要涉及的采掘系统、运输系统、提升系统、压风系统、排水系统和通风系统 等六大子系统中，采掘系统能耗占比约为25％，是六大子系统中能耗占比最大 的部分。而采掘系统中采煤机和刮板输送机是系统中使用最广泛、利用率最高 且能耗占比最大的两大机械设备，因此综采工作面采煤机和刮板输送机的协同 运行性能状况直接决定了整个综采过程的效率及系统的能耗。

随着煤炭工业节能减排的发展趋势，针对采煤机和刮板输送机双机系统协 同的能耗优化成为煤矿节能减排的重要方向。但目前国内外大部分研究主要是 综采工作面采煤方法、采煤机截割性能，刮板输送机运行阻力、煤流量负荷等 方面，对采煤机和刮板输送机能耗建模以及针对双机协同的能耗优化的研究还 特别少，因此有必要对此进行研究。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，以综采工作面中关键设备采煤机和刮板输送 机的协同运行系统为研究对象，以目前综采工作面常用的双向割煤工艺流程为 例，提出了一种综采工作面关键设备能耗建模和协同优化控制方法，本发明在 满足综采工作面采煤量及采煤时间等生产要求的同时，能实现综采工作面相同 采煤任务内能耗最优化。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种综采工作面关键设备能耗建模和协同优化控制方法，所述综采工作面 关键设备包括采煤机和刮板输送机，该协同优化控制方法是基于对所述采煤机 和刮板输送机建立的能耗模型，分析所述采煤机在各工艺阶段中的能耗与采煤 机运行参数之间的关系，以及分析所述刮板输送机在各工艺阶段中的能耗与采 煤机运行参数及刮板输送机运行参数之间的关系，并对所述采煤机和刮板输送 机在综采工作面中的能耗进行优化，所述综采工作面关键设备能耗建模和协同 优化控制方法具体包括以下步骤：

S1：分析采煤机采煤过程中对应的滚筒瞬时平均截割阻力和对应 的牵引阻力分别建立对应的采煤机截割阻力数学模型和对应的采煤 机牵引阻力数学模型，所述为m综采工作面第k生产循环第i工艺阶段；

S2：基于S1中对应的采煤机截割阻力数学模型，建立对应的采煤机 截割功耗数学模型；

S3：基于S1中对应的采煤机牵引阻力数学模型，建立对应的采煤机 牵引功耗数学模型；

S4：基于S2中对应的采煤机截割功耗数学模型和S3中对应的采煤 机牵引功耗数学模型，得到对应的采煤机总功耗数学模型，从而建立对应的采煤机能耗数学模型，进一步建立m综采工作面第k生产循环对应的 采煤机能耗数学模型以及m综采工作面对应的采煤机能耗数学模型；

S5：分析刮板输送机运煤过程中对应的刮板输送机承载侧瞬时阻力建立对应的刮板输送机承载侧瞬时阻力数学模型；