綜采工作面自動化集控技術(shù)應(yīng)用分析

張志文

（山西焦煤集團有限責任公司，山西 太原030024）

1 屯蘭礦22301大采高綜采工作面概述

山西焦煤集團屯蘭礦22301大采高綜采工作面位于位于北三盤區(qū)右翼，西接北三回風巷，東至北一盤區(qū)邊界煤柱，與22118采空區(qū)最短間距36 m，南鄰22303工作面（未布置），北鄰風坪嶺斷層保護煤柱。

22301工作面可采走向長2 600 m，傾斜長210 m，煤層傾角2°～6°，平均4°。軌道巷寬度5 m，高3.5 m；皮帶巷寬4.5 m，高3.5 m。全區(qū)1、2、3號煤合并，煤巖總厚度4.16～5.5 m，平均厚度為4.8 m，煤層有益厚度3.68 m，可采儲量約264萬t。

22301工作面全區(qū)帶壓，2號煤層底板標高770～842 m，奧灰水靜水位標高890 m，工作面水壓0.48～1.2 MPa，突水系數(shù)為0.012 7～0.016 7 MPa/m，位于相對安全區(qū)內(nèi)。預(yù)計正常涌水量10 m3/h，預(yù)計最大涌水量30 m3/h。

22301工作面采用一次性采全高回采工藝，由于傳統(tǒng)工作面在回采過程中采煤機、刮板輸送機、液壓支架等機械設(shè)備聯(lián)動性相對較差，設(shè)備間無法集中聯(lián)鎖控制，導(dǎo)致工作面在回采過程中設(shè)備故障率高，設(shè)備故障無法及時發(fā)現(xiàn)且維修難度大，嚴重制約著工作面的安全高效生產(chǎn)；對此，屯蘭礦經(jīng)研究決定對22301工作面采用一套自動化集控系統(tǒng)[1-2]。

2 綜采工作面自動化集控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

1）22301綜采工作面通過采用網(wǎng)絡(luò)通訊平臺與自動化集控系統(tǒng)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)工作面實時監(jiān)控、采煤機自動化集控、遠程供電操控、遠距離集中供液、三機（運輸機、轉(zhuǎn)載機、破碎機）運輸系統(tǒng)及支架電液控等功能。

2）自動化集控系統(tǒng)主要由以下系統(tǒng)組成：遠程供電操控系統(tǒng)、工作面視頻實施監(jiān)控系統(tǒng)、三機（運輸機、轉(zhuǎn)載機、破碎機）運輸系統(tǒng)、工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)、順槽集中控制系統(tǒng)、采煤機、液壓支架、運輸機聯(lián)動控制系統(tǒng)、井下環(huán)網(wǎng)及地面指揮系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 屯蘭礦22301大采高工作面自動化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3）自動化集中系統(tǒng)的核心安裝在工作面順槽巷，主要由以下設(shè)備組成：集控臺、視頻主機、數(shù)據(jù)處理主機、交換機，能夠?qū)崟r對各類監(jiān)控數(shù)控進行傳遞、診斷及控制。

4）井下綜采工作面液壓控制系統(tǒng)主要由電液控換向主閥、壓力及行程傳感器、支架控制裝置、本安型電源開關(guān)、通訊及供電電纜組成。采煤機上安裝有紅外線發(fā)射式定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由紅外線發(fā)射器、接收器及通訊電纜組成。

5）采煤機、支架、運輸機聯(lián)動控制系統(tǒng)主要是將位移傳感器、傾角傳感器、精確推拉組件、慣導(dǎo)組件、攝像儀等裝置安裝在液壓支架的架護幫及鉸接頂梁上來實現(xiàn)聯(lián)動控制。

6）順槽集中控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集器與各配電裝置通過線纜進行連接，能夠遠程控制供電系統(tǒng)的分合閘狀態(tài)，對開關(guān)故障類型、實時電壓及整定值進行觀察。

7）工作面視頻實施監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)鹿ぷ髅娴默F(xiàn)場情況進行監(jiān)控，采煤機及刮板在推溜時，相應(yīng)區(qū)域的視頻攝像頭會相應(yīng)開啟，為順槽及地面指揮人員提供清晰的視頻。

3 工作面集控系統(tǒng)主要功能

3.1 順槽集中控制系統(tǒng)主要功能

1）該系統(tǒng)能夠?qū)C采工作面的各類設(shè)備進行遠程單設(shè)備啟?？刂?，完成對工作面的全方位控制。

2）能夠?qū)C采工作面的前端及后端支架、破碎機出口、采煤機超前支護、自移尾、及皮帶滾筒進行實時控制。

3）通過與綜采工作面配套系統(tǒng)相互配合，從而實現(xiàn)工作面監(jiān)控、采煤機自動化集控、遠程供電操控、遠距離集中供液、三機（運輸機、轉(zhuǎn)載機、破碎機）運輸系統(tǒng)、支架電液控及泵站系統(tǒng)的相互聯(lián)鎖。

4）系統(tǒng)能夠根據(jù)采集到的運輸機、破碎機、刮板機的運載量自動調(diào)節(jié)采煤機的牽引速度，此外還能夠收集工作面的礦壓來控制采煤機的推進速度。

3.2 支架電控系統(tǒng)主要功能

1）通過電控系統(tǒng)能夠在控制系統(tǒng)上顯示支架的壓力、前移速度、支架狀態(tài)及采煤機位置。

2）通過電控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)單架及多架自動升降及前移，工作人員可以在軟件中設(shè)定采煤工藝及參數(shù)，使電控系統(tǒng)能夠與不同工作面的采煤工藝及地質(zhì)構(gòu)造結(jié)合。

3）支架電控系統(tǒng)能夠根據(jù)采煤機的截割深度自動判斷支架的推溜進度，從而實現(xiàn)采煤機、支架及刮板機的自動割煤，同時也可由人工設(shè)定進行控制。

4）支架電控系統(tǒng)能夠在支架初撐力下降到一定值后自動對支架進行升柱，完成支架的頂板的支護。

5）電控系統(tǒng)能夠根據(jù)數(shù)據(jù)傳感器接收到的信號進行分析判斷，并根據(jù)分析結(jié)果作出急停、閉鎖、報警等相應(yīng)操作。工作人員可以根據(jù)支架上的蜂鳴器來接收信號，在緊急情況下，工作人員也可以按支架上的急停按鈕來切斷整個工作面的電源。

3.3 采煤機、支架、運輸機的聯(lián)動控制系統(tǒng)主要功能

1）聯(lián)動控制系統(tǒng)能夠根據(jù)采煤機、刮板機、溜槽上傳的數(shù)據(jù)分析，自動完成采煤流程（采煤機割煤、支架推溜、降架、起底、拉架、落底、升架、支護、調(diào)直等相應(yīng)的動作）。

2）聯(lián)動控制系統(tǒng)可以根據(jù)遠程視頻監(jiān)控的數(shù)據(jù)進行判斷，不斷調(diào)整支架與采煤機的狀態(tài)，使采煤機工藝與支架狀態(tài)相互配合。

3）系統(tǒng)采用分步推溜的生產(chǎn)工藝，確保刮板機的運行狀態(tài)始終處于合理位置，防止支架之間相互板、卡，與支架推拉系統(tǒng)相互配合，完成工作面支架的正常推進。

3.4 三機自動控制系統(tǒng)主要功能

1）技術(shù)人員為綜采工作面刮板輸送機的機頭、機尾處、轉(zhuǎn)載機、破碎機分別安裝對應(yīng)的數(shù)據(jù)采集分站，數(shù)據(jù)采集器能夠?qū)ο鄳?yīng)設(shè)備的數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控采集，并判斷各設(shè)備運行的狀態(tài)來實現(xiàn)聯(lián)動控制。數(shù)據(jù)采集分站將收集到的數(shù)據(jù)通過環(huán)網(wǎng)傳遞到集控中心，集控中心的軟件通過邏輯計算將采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)圖像顯示在屏幕上，工作人員可以通過計算機控制工作面設(shè)備的運行狀態(tài)。

2）運輸系統(tǒng)采用遠程和就地兩套控制系統(tǒng)，指揮人員可以遠程實現(xiàn)井下設(shè)備的啟停操作。

3）工作面沿線安裝多套語音報警及喊話裝置，工作人員能夠在不同位置進行喊話，必要時按急停按鈕停止所有設(shè)備的運行。

3.5 視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要功能

1）視屏監(jiān)控顯示界面能夠?qū)崟r以單畫面、多畫面的形式顯示在屏幕上，調(diào)度人員可以根據(jù)需求調(diào)取不同位置視頻，視頻信號能夠通過井下環(huán)網(wǎng)進行傳輸，集控中心還安裝視頻儲存裝置，方便工作人員隨時事故追查。

2）監(jiān)控視頻能夠?qū)C采工作面的采煤過程進行全程視頻跟蹤，尤其是在刮板輸送機的機頭、機尾處、轉(zhuǎn)載機、破碎機等特殊固定位置安裝視頻數(shù)據(jù)采集器，采煤機附近安裝的攝像頭能夠隨采煤機進行拍攝，調(diào)度大廳的顯示屏能夠隨采煤機的前移自動切換影像[3-5]。

4 結(jié)論

屯蘭煤礦通過對22301大采高綜采工作面安裝一套自動集控系統(tǒng)，截止2020年4月通過三個月實際應(yīng)用效果來看，取得了顯著應(yīng)用成效。

1）提高了工作面自動化水平：22301大采高綜采采用自動集控系統(tǒng)后，工作面機械設(shè)備間可進行聯(lián)鎖控制，同時實現(xiàn)了工作面設(shè)備的遠程控制，縮短了工作面設(shè)備調(diào)試、運行時間，提高了自動化控制水平。

2）降低了勞動作業(yè)強度：傳統(tǒng)綜采工作面在生產(chǎn)期間需15名工人，采用該系統(tǒng)后工作面僅需6人即可，大大降低了勞動作業(yè)強度及勞動成本費用。

3）提高了工作面回采效率：工作面采用該系統(tǒng)后設(shè)備運行、故障情況可實現(xiàn)遠程維修，不僅提高了設(shè)備故障維修效率，降低了設(shè)備故障率，而且大大提高了工作面回采效率，通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，采用該系統(tǒng)后工作面回采效率達11.2 m/d，相比傳統(tǒng)綜采工作面回采量提高了4 m/d。