自動(dòng)化控制系統(tǒng)在綜采工作面的研究及應(yīng)用

白治新

摘要：目前，我國(guó)的科技發(fā)展十分迅速，工作面運(yùn)輸自動(dòng)化控制系統(tǒng)包括井上主機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)局域網(wǎng)連接井下控制系統(tǒng)，井下控制系統(tǒng)包括防爆型計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)控制的人機(jī)交互裝置和多個(gè)功能模塊；人機(jī)交互裝置包括操控臺(tái)和監(jiān)視器；多個(gè)功能模塊包括可編程序控制器模塊、視頻模塊、通訊模塊、音頻模塊和電源模塊，其中可編程序控制器模塊連接工作面運(yùn)輸設(shè)備，控制工作面運(yùn)輸設(shè)備的啟停；僅增加和改造一些設(shè)備，在工作面設(shè)備列車(chē)控制，運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守，不僅可以節(jié)能降耗、減人增效，使地面生產(chǎn)調(diào)度室工作人員可以隨時(shí)了解井下工作面的安全生產(chǎn)情況，提升了科學(xué)的生產(chǎn)管理手段，最大程度地提高運(yùn)輸生產(chǎn)設(shè)備的開(kāi)機(jī)率及效率，實(shí)現(xiàn)連續(xù)高產(chǎn)高效。

關(guān)鍵詞：綜采工作面；自動(dòng)化；控制系統(tǒng)

引言

該技術(shù)是工作面運(yùn)輸自動(dòng)化控制系統(tǒng)包括井上主機(jī)控制系統(tǒng)和井下控制系統(tǒng)，井上主機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)局域網(wǎng)連接井下控制系統(tǒng)，井下控制系統(tǒng)包括防爆型計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)控制的人機(jī)交互裝置和多個(gè)功能模塊；人機(jī)交互裝置包括操控臺(tái)和監(jiān)視器；使用該系統(tǒng)技術(shù)后工作面可實(shí)現(xiàn)日常采煤生產(chǎn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)以采煤機(jī)記憶模式割煤為主，人工操作為輔；以綜機(jī)支架跟隨采煤機(jī)自動(dòng)控制為主，人工操作為輔；以綜采工作面運(yùn)輸設(shè)備自動(dòng)控制為主，就地控制為輔；以綜采設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)為主，視頻監(jiān)控為輔；即“以工作面自動(dòng)控制為主，人工操作控制為輔”的自動(dòng)化模式；達(dá)到生產(chǎn)工作面少人安全高效開(kāi)采多個(gè)功能模塊包括可編程序控制器模塊、視頻模塊、通訊模塊、音頻模塊和電源模塊，其中可編程序控制器模塊連接工作面運(yùn)輸設(shè)備，控制工作面運(yùn)輸設(shè)備的啟停；僅增加和改造一些設(shè)備，在工作面設(shè)備列車(chē)控制，運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守，既可以節(jié)能降耗又能減人增效，還可以實(shí)現(xiàn)提升自動(dòng)化控制水平，更能有效地降低安全管理成本。

1背景技術(shù)

原有帶式輸送機(jī)是一種摩擦驅(qū)動(dòng)模式設(shè)備，以連續(xù)方式運(yùn)輸物料的機(jī)械設(shè)備，從最初的供料點(diǎn)到最終的卸料點(diǎn)間形成一種物料的輸送方式，帶式輸送機(jī)是煤礦最理想的高效連續(xù)運(yùn)輸裝備，與其他運(yùn)輸設(shè)備相比，具有可實(shí)現(xiàn)輸送距離長(zhǎng)、運(yùn)量大、連續(xù)輸送等優(yōu)點(diǎn)，而且運(yùn)行可靠，但是工作面運(yùn)輸自動(dòng)化和集中控制一直是薄弱點(diǎn)，尤其對(duì)高產(chǎn)高效生產(chǎn)煤礦而言，地面調(diào)度室指揮工作人員不能及時(shí)了解生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的安全生產(chǎn)現(xiàn)狀，地面與井下生產(chǎn)工作面不能實(shí)現(xiàn)直接對(duì)話，工作面的安全只能靠現(xiàn)場(chǎng)工作人員，沒(méi)有監(jiān)控控制設(shè)施。缺少將所有工作面生產(chǎn)設(shè)施設(shè)備控制系統(tǒng)及供電系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，不能實(shí)現(xiàn)在工作面集控中心對(duì)工作面綜采設(shè)備的集中監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制功能。

2綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用的技術(shù)方案

（1）順槽監(jiān)控中心順槽監(jiān)控中心配置采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制主機(jī)、液壓支架遠(yuǎn)程控制主機(jī)、支架操作臺(tái)和集控操作臺(tái)、工作面視頻監(jiān)控顯示器等。在順槽實(shí)時(shí)監(jiān)控各設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，通過(guò)“一鍵”啟停按鍵對(duì)工作面綜采設(shè)備按照自動(dòng)化程序順序啟停，實(shí)現(xiàn)在順槽對(duì)工作面設(shè)備工況監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程集中操控。（2）自動(dòng)跟機(jī)移架及液壓支架電液控制液壓支架自動(dòng)跟機(jī)移架通過(guò)光纖陀螺儀、水平位移傳感器、傾角傳感器的安裝和使用，對(duì)刮板機(jī)和采煤機(jī)的二維姿態(tài)、液壓支架的高度和三維姿態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，再通過(guò)識(shí)別采煤機(jī)運(yùn)行方向和位置，從而實(shí)現(xiàn)液壓支架隨開(kāi)采自動(dòng)移架。采用SAC型支架電液控制系統(tǒng)控制液壓支架，該系統(tǒng)主要包括位置傳感器、支架電液控制閥、紅外線發(fā)送及接收器、推移行程傳感器、測(cè)高傳感器、控制器、支架立柱壓力傳感器及信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置等。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴灑水、液壓支架拉架、升架及降架、伸縮護(hù)幫板、拉后部輸送機(jī)及推移淺部輸送機(jī)等功能。（3）采煤機(jī)記憶截煤主要是指采煤機(jī)能夠按照存儲(chǔ)記憶中的參數(shù)自動(dòng)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作。先由采煤機(jī)司機(jī)操作截煤示范刀，然后采煤機(jī)對(duì)其軌跡參數(shù)進(jìn)行記憶。通過(guò)記錄工作面示范刀及煤層變化曲線，采煤機(jī)自動(dòng)按照記憶的曲線和工藝截煤，在地質(zhì)條件變化大、頂板破碎時(shí)輔助人工遠(yuǎn)程干預(yù)。（4）供液系統(tǒng)自動(dòng)化控制自動(dòng)化供液系統(tǒng)由控制系統(tǒng)、乳化液泵站、乳化液配比系統(tǒng)、回液過(guò)濾站、噴霧泵站、自動(dòng)反沖洗清水過(guò)濾站、清水箱、回液箱及混合液箱等組成。該系統(tǒng)通過(guò)乳化液濃度自動(dòng)配比系統(tǒng)和防滲透水處理系統(tǒng)保證供液質(zhì)量；采用電磁卸載和變頻控制結(jié)合方式，可達(dá)到恒壓供液及快速供液的目的。系統(tǒng)基本工作原理為：首先控制系統(tǒng)接收壓力傳感器發(fā)出的壓力信號(hào)，再根據(jù)其變化情況對(duì)工作面用液需求進(jìn)行判斷，從而自動(dòng)啟停乳化液泵站。（5）全工作面視頻覆蓋工作面視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)工作面可視化的重要組成部分。在液壓支架及部分關(guān)鍵位置，安裝礦用夜視、低照度、高清晰的本質(zhì)安全型網(wǎng)絡(luò)攝像頭，具備紅外補(bǔ)光、云臺(tái)和視頻自動(dòng)跟機(jī)等功能，完成對(duì)煤壁和工作面的監(jiān)控，為遠(yuǎn)程操作人員提供實(shí)時(shí)監(jiān)視信息，便于及時(shí)掌握工作面情況。（6）語(yǔ)音、視頻和數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸建立綜采工作面百兆以太網(wǎng)，主要由本質(zhì)安全型綜采綜合接入器、本質(zhì)安全型交換機(jī)、礦用隔爆兼本質(zhì)安全型穩(wěn)壓電源和礦用光纜等組成。通過(guò)工作面百兆以太網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)將綜采工作面語(yǔ)音、視頻和數(shù)據(jù)傳輸?shù)巾槻郾O(jiān)控中心，再通過(guò)礦井現(xiàn)用工業(yè)以太環(huán)形網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)降孛嬲{(diào)度室。

3實(shí)現(xiàn)功能及實(shí)施效果

3.1實(shí)現(xiàn)功能

（1）實(shí)現(xiàn)了綜采工作面液壓支架的自動(dòng)移架功能。（2）實(shí)現(xiàn)了在地面調(diào)度中心及工作面順槽監(jiān)控中心對(duì)綜采工作面的遠(yuǎn)程操控及實(shí)施監(jiān)測(cè)功能。（3）實(shí)現(xiàn)了智能配液和集中供液功能。（4）實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)的遠(yuǎn)程操控及記憶截割功能。

3.2應(yīng)用效果

視頻模塊和音頻模塊分別控制所述工作面視頻系統(tǒng)和工作面語(yǔ)音通訊系統(tǒng)的運(yùn)行；工作面視頻系統(tǒng)包括網(wǎng)絡(luò)攝像頭、視頻監(jiān)視器和視頻操作臺(tái)，動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)顯示全部系統(tǒng)所有膠帶運(yùn)輸機(jī)狀況，系統(tǒng)保護(hù)具有尋址功能，顯示故障對(duì)應(yīng)地址位置；還包括保護(hù)系統(tǒng)包括設(shè)置在膠帶機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒的溫度保護(hù)、煙霧保護(hù)和自動(dòng)灑水裝置和設(shè)置在煤倉(cāng)的雷達(dá)料位儀，膠帶輸送機(jī)沿線均勻設(shè)置多個(gè)急停保護(hù)裝置，可實(shí)現(xiàn)膠帶機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒防滑、堆煤，且能實(shí)現(xiàn)在工作面集控中心對(duì)工作面綜采設(shè)備的集中監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制技術(shù)。井上主機(jī)控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)監(jiān)控主機(jī)、視頻監(jiān)控主機(jī)、上交換機(jī)和井上環(huán)網(wǎng)交換機(jī)與井下環(huán)網(wǎng)連接。本技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于工作面運(yùn)輸自動(dòng)化控制系統(tǒng)在現(xiàn)有井下皮帶運(yùn)輸線設(shè)備基礎(chǔ)上，僅增加和改造一些設(shè)備，在工作面設(shè)備列車(chē)控制，運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守，不僅可以節(jié)能降耗、減人增效，而且還可以提升自動(dòng)化管理水平，有效地降低管理成本。提高采煤效率、提高資源的利用率、降低采煤人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高煤礦的安全生產(chǎn)水平，達(dá)到工作面生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、采煤工藝智能化、工作面管理信息化，是現(xiàn)代化煤礦高效、安全、綠色生產(chǎn)的必由之路?，F(xiàn)已在山東能源棗礦集團(tuán)七五煤礦、田陳煤礦新安煤礦試點(diǎn)使用，準(zhǔn)備在多個(gè)煤礦推廣應(yīng)用。

結(jié)語(yǔ)

綜采工作面自動(dòng)化控制系統(tǒng)在硯北煤礦的示范應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)記憶截煤、液壓支架的自動(dòng)跟機(jī)移架、刮板輸送機(jī)的自動(dòng)跟機(jī)推移、工作面智能型集成供液等功能。但受煤巖識(shí)別、工作面環(huán)境等條件的制約，在工作面視頻防塵、防霧、煤巖識(shí)別、人員識(shí)別和精確定位、傳感器的穩(wěn)定性、可靠性和適應(yīng)性等方面還需進(jìn)一步研究改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：徐礦集團(tuán)新疆賽爾能源有限責(zé)任公司）