智能化綜采工作面自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用

孔慶宇

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)王家?guī)X煤業(yè)公司， 山西 忻州 036600）

1 18102 工作面概述

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)王家?guī)X煤業(yè)公司18102 工作面位于一采區(qū)南翼，長(zhǎng)1472.5 m，寬240 m。工作面北部為回風(fēng)立井井筒，南部為井田邊界保護(hù)煤柱，西部、東部為實(shí)體煤。掘進(jìn)巷道不受采空區(qū)積水威脅，據(jù)目前調(diào)查井田內(nèi)及周邊未發(fā)現(xiàn)私自開(kāi)采的小窯。

18102 工作面采用一次采全高回采工藝，工作面回采煤層為4 號(hào)煤層，平均厚度為5.75 m，平均傾角為6°，4 號(hào)煤層存在偽頂主要以炭質(zhì)泥巖為主，平均厚度為0.2 m，直接頂主要以泥巖、砂質(zhì)泥巖及薄煤層互層為主，平均厚度為8.5 m，基本頂主要以粗砂巖、含礫粗砂巖為主，局部為中細(xì)砂巖，平均厚度為10.2 m[1-2]。

18102 工作面采用綜合機(jī)械化回采工藝，采用MG650/1630-WD 電牽引采煤機(jī)割煤， 采用SGZ1000/2 ×1200 刮板輸送機(jī)運(yùn)煤， 采用ZF16000/23/43D 液壓支護(hù)頂板。18102 工作面采用綜合機(jī)械化回采工藝，由于工作面原機(jī)電設(shè)備之間相互獨(dú)立，無(wú)法實(shí)現(xiàn)集中控制，導(dǎo)致工作面前期回采過(guò)程中設(shè)備故障率高，設(shè)備維修難度大；針對(duì)這一技術(shù)難題，王家?guī)X煤礦決定在工作面安裝一套集中控制系統(tǒng)。

2 工作面集中控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

1）18102 綜采工作面機(jī)電設(shè)備安裝的集中控制系統(tǒng)主要由地面遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、三機(jī)聯(lián)控系統(tǒng)、電液控制系統(tǒng)、順槽集中控制系統(tǒng)、采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)控制系統(tǒng)以及千兆工業(yè)以太網(wǎng)等部分組成，如圖1 所示。

圖1 18102 綜采工作面自動(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2）順槽集中控制系統(tǒng)安裝運(yùn)輸順槽設(shè)備串車上，該系統(tǒng)主要由控制臺(tái)、數(shù)據(jù)處理器、顯示器、PLC控制器等部分組成，該系統(tǒng)主要收集工作面設(shè)備工況數(shù)據(jù)信號(hào)，并進(jìn)行信號(hào)處理并進(jìn)行相關(guān)指令發(fā)送。

3）地面遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)主要安裝在調(diào)度室內(nèi)，系統(tǒng)主要包括視頻主機(jī)、監(jiān)控主機(jī)以及服務(wù)器等部分組成，服務(wù)器內(nèi)安裝專用組態(tài)軟件，通過(guò)該軟件可直觀地將工作面各類機(jī)電設(shè)備運(yùn)行參數(shù)顯示在視頻主機(jī)上，工作人員可通過(guò)視頻軟件對(duì)井下設(shè)備參數(shù)進(jìn)行了調(diào)校。

4）電液控制系統(tǒng)主要由電液控?fù)Q向主閥、壓力傳感器、行程傳感器、支架控制器、開(kāi)關(guān)、電纜、通訊器以及紅外線發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等部分組成；紅外線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括紅外線發(fā)射器、接收器等部分組成，主要用于定位采煤機(jī)位置[3]。

5）三機(jī)聯(lián)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)聯(lián)合控制作用，該系統(tǒng)主要由位移傳感器、攝像儀、傾角傳感器以及精準(zhǔn)推拉組件等部分組成，該系統(tǒng)安裝在液壓支架鉸接頂梁上從而控制三機(jī)聯(lián)動(dòng)。

6）視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要將攝像儀安裝再采煤機(jī)、液壓支架上，工作面采煤過(guò)程中可將采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)運(yùn)行情況、工作面堆煤情況、液壓支架位置等視頻畫面上傳至地面監(jiān)控中心。

3 工作面集中控制系統(tǒng)功能

3.1 順槽集中控制系統(tǒng)

1）通過(guò)集中控制系統(tǒng)操控臺(tái)可遠(yuǎn)程對(duì)工作面各類機(jī)電設(shè)備進(jìn)行單設(shè)備控制，如工作面支架、破碎機(jī)、采煤機(jī)超前支護(hù)、自移尾以及帶式輸送機(jī)等進(jìn)行啟停動(dòng)作等。

2）工作面機(jī)電設(shè)備集中控制系統(tǒng)相配合，可對(duì)工作面采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架、三機(jī)等進(jìn)行相互聯(lián)鎖；同時(shí)當(dāng)工作面機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)可在系統(tǒng)主界面上顯示設(shè)備故障類型、故障為主等[4]。

3）該系統(tǒng)利用工作面內(nèi)各類傳感器實(shí)時(shí)收集刮板輸送機(jī)運(yùn)輸量、液壓支架礦壓等，從而精準(zhǔn)控制采煤機(jī)牽引速度和推進(jìn)速度，控制支架超前移架等動(dòng)作。

3.2 電液控制系統(tǒng)

1）通過(guò)電液控制系統(tǒng)可對(duì)液壓支架壓力、位置、推進(jìn)速度以及支架狀態(tài)、采煤機(jī)位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制，并可以實(shí)現(xiàn)單支架、多支架自動(dòng)控制升降、前移等動(dòng)作，操作人員通過(guò)軟件修改工作面采煤工藝及相關(guān)參數(shù)，從而保證該系統(tǒng)適用于不同地質(zhì)條件、采煤機(jī)工藝的工作面上。

2）通過(guò)該系統(tǒng)監(jiān)測(cè)工作面采煤機(jī)割煤深度從而判斷支架推移速度，實(shí)現(xiàn)工作面自動(dòng)割煤、自動(dòng)移架推溜等動(dòng)作，操控人員通過(guò)系統(tǒng)軟件也可自行設(shè)定相關(guān)指令動(dòng)作。

3）該系統(tǒng)可監(jiān)控支架支柱初撐力情況，當(dāng)監(jiān)測(cè)到支架初撐力降低至設(shè)計(jì)值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)控制支架升架動(dòng)作，防止支架卸壓現(xiàn)象，保證支架具有足夠的初撐力，提高支架支護(hù)強(qiáng)度。

4）該系統(tǒng)對(duì)各類傳感器接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并發(fā)出急停、閉鎖、報(bào)警等相應(yīng)動(dòng)作指令，當(dāng)監(jiān)測(cè)到設(shè)備故障系統(tǒng)無(wú)法自動(dòng)控制設(shè)備運(yùn)行時(shí)發(fā)出警報(bào)，操作人員及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行處理。

3.3 采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)控制系統(tǒng)

1）該系統(tǒng)可對(duì)采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架安裝的傳感器上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后自動(dòng)完成采煤、移架、推溜、工作面調(diào)平等割煤工序。并根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整液壓支架與采煤機(jī)工作狀態(tài)，確保支架與采煤機(jī)相互配合到位。

2）該系統(tǒng)對(duì)刮板輸送機(jī)實(shí)行分段移溜工序，保證刮板輸送機(jī)處于合理位置，防止支架移架時(shí)出現(xiàn)相互板、卡現(xiàn)象，保證液壓支架安全穩(wěn)定推進(jìn)。

3.4 “三機(jī)”自動(dòng)控制系統(tǒng)

1）該系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集分站分別安裝在刮板輸送機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)等位置上，當(dāng)工作面采煤時(shí)數(shù)據(jù)采集分站將各個(gè)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)上傳至集控中心，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)“三機(jī)”進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制?！叭龣C(jī)”運(yùn)行狀態(tài)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)上傳至監(jiān)控中心上位機(jī)上，并將“三機(jī)”信息轉(zhuǎn)換為動(dòng)態(tài)圖像直觀顯示在屏幕上，便于操作人員直觀觀察“三機(jī)”運(yùn)行情況。

2）該系統(tǒng)對(duì)“三機(jī)”采用遠(yuǎn)程自動(dòng)和就地手動(dòng)制兩種控制模式，操作人員可對(duì)“三機(jī)”進(jìn)行遠(yuǎn)程控制開(kāi)啟，當(dāng)系統(tǒng)故障無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制時(shí)，可進(jìn)行就地手動(dòng)單設(shè)備控制[5]。

3）該系統(tǒng)配備了語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)和喊話系統(tǒng)，當(dāng)“三機(jī)”設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)通過(guò)語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)可對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障報(bào)警，同時(shí)工作人員可通喊話系統(tǒng)進(jìn)行控制。

4）工作面沿線安裝多套語(yǔ)音報(bào)警及喊話裝置，工作人員能夠在不同位置進(jìn)行喊話，必要時(shí)按急停按鈕停止所有設(shè)備的運(yùn)行。

3.5 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

1）視頻監(jiān)控系統(tǒng)可將井下實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面直觀地顯示在顯示器上便于操作人員觀看，操作人員可根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)取工作面不同位置、不同時(shí)間監(jiān)控畫面，監(jiān)控視頻可存儲(chǔ)在上位機(jī)內(nèi)，便于事故調(diào)查。

2）與傳統(tǒng)工作面相比，工作面安裝視頻監(jiān)控后，操作人員在地面可對(duì)工作面特殊地段內(nèi)機(jī)電設(shè)備、支護(hù)情況進(jìn)行觀察，如工作面端頭支護(hù)情況、工作面機(jī)頭、機(jī)尾、轉(zhuǎn)載、破碎機(jī)等位置堆煤情況，同時(shí)操作人員可控制井下攝像頭實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換畫面。

4 應(yīng)用效果

王家?guī)X煤礦通過(guò)對(duì)18102 綜采工作面安裝一套自動(dòng)集控系統(tǒng)后，通過(guò)6 個(gè)月實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，該系統(tǒng)投入應(yīng)用后大大提高了工作面機(jī)電設(shè)備集中控制自動(dòng)化水平，工作面機(jī)電設(shè)備故障率降低了12%；同時(shí)工作面采用該系統(tǒng)后，與傳統(tǒng)工作面相比，勞動(dòng)作業(yè)人數(shù)由原來(lái)每班15 人減少為6 人，工作面回采速度由原來(lái)的5.7 m/d 提高至9.8 m/d，保證了工作面安全高效回采，取得了顯著應(yīng)用成效。