神寧集團梅花井煤礦1102206綜采自動化工作面開采技術應用

翟文

(神華寧夏煤業集團 梅花井煤礦,寧夏靈武 751400)

神寧集團梅花井煤礦1102206綜采自動化工作面開采技術應用

翟文

(神華寧夏煤業集團 梅花井煤礦,寧夏靈武 751400)

介紹了梅花井煤礦1102206綜采自動化工作面總體設計方案,對其各子系統進行了闡述。分析自動化工作面的采煤工藝,重點介紹了綜采自動化工作面自動控制系統的總體設計,分析了自動控制系統的控制原理。建立了地面監控系統,實現對整個綜采工作面集中監控。

綜采自動化控制系統采煤工藝地面監控系統

綜采工作面是礦井生產的核心，對綜采工作面進行自動化控制是現代化礦井實現生產管理現代化的關鍵，神寧集團梅花井煤礦1102206綜采自動化工作面的順利實施，探索出了工作面少人化、無人化的技術路線。促進了神寧集團煤礦綜采技術進步，對降低工人勞動強度、提高綜采生產效率、減少人員、降低勞動風險具有十分重要的現實意義。

1 1102206綜采工作面基本情況

1.1 1102206工作面概況

梅花井煤礦1102206工作面可采儲量426萬噸，工作面走向長度4200米，傾斜長度225米，平均采高3.5米，煤層傾角9°～20°度，有煤塵爆炸性，2-2煤自燃傾向性等級為Ⅰ級，屬于容易自燃煤層。

1.2 綜采自動化工作面設備配套

1102206綜采自動化工作面設備配套主要由采煤機，刮板輸送機、轉載機、可伸縮膠帶輸送機聯合運煤，二柱掩護式液壓支架、乳化液泵站、噴霧泵站、移動電站、組合開關等組成，主要參數及型號見表1。

1.3 1102206綜采工作面自動化控制概況

梅花井煤礦1102206綜采自動化工作面的有序實施，推進自動化采煤技術在實際采煤生產過程中實現：以采煤機記憶割煤為主，人工遠程干預為輔；以液壓支架跟隨采煤機自動動作為主，人工遠程干預為輔；以綜采運輸設備集中自動化控制為主，就地控制為輔；以綜采設備智能感知為主，視頻監控為輔；即“以工作面自動控制為主，監控中心遠程干預控制為輔”的工作自動化生產模式，實現“無人跟機作業，有人安全值守”的開采理念。

2 綜采自動化工作面總體方案設計

2.1 綜采自動化工作面控制系統構成

將采煤機控制系統、支架電液控制系統、工作面運輸控制系統、三機通信控制系統、泵站控制系統及供電系統有機結合，實現對綜合機械化采煤工作面設備的協調管理與集中控制。實現集視頻、語音、遠程集中控制為一體綜采工作面自動化控制系統，實現工作面采煤機、刮板運輸機和液壓支架等設備的聯動控制和關聯閉鎖等功能。如圖1所示。

圖1 綜采自動化工作面集成控制系統示意圖

表1 1102206綜采工作面設備配套選型

綜采自動化工作面控制系統主要由三部分組成，包括綜采單機設備層(第一層)、順槽監控中心(第二層)、地面(第三層)。在工作面原有采煤機、液壓支架、刮板輸送機等單機子系統的層級之上構建了統一開放的100M工業以太網控制網絡，實現單機設備信息匯集到順槽監控中心的隔爆服務器上，供其分析決策與控制。

圖2 采煤機自動割煤象限圖

2.2 綜采工作面工業以太網

利用工作面的綜合接入器、光電轉換器和交換機，建立一個統一開放的工作面100M工業以太網，構建控制平臺。使工作面設備連接到順槽集控中心的隔爆服務器，實現工作面設備信息匯集。工業以太網系統網絡管理方面具備虛擬局域網(VLAN)、流量優先級等網絡帶寬管理功能，保證最重要的數據流能動態地獲得最優先的帶寬支持，同時具有網絡狀況自診斷功能。工作面以太網主要由本安型綜采綜合接入器、本安型光電轉換器、本安型交換機、礦用隔爆兼本質安全型穩壓電源、4芯鎧裝連接器、礦用光纜等組成。

2.3 綜采工作面視頻系統

綜采工作面視頻系統主要由采煤機機載視頻、液壓支架視頻系統、兩部膠帶輸送機機頭視頻系統、乳化泵泵站與噴霧泵泵站視頻系統、刮板輸送機的機頭與機尾視頻系統、轉載機機頭視頻系統、監控中心內部視頻系統所構成。礦用本質安全型攝像儀的視頻數據通過工業以太網網絡傳輸到礦用本質安全型顯示器顯示，礦用本質安全型顯示器可以同時顯示3臺礦用本質安全型攝像儀拍攝的圖像，并可跟隨采煤機運動自動切換顯示采煤機附近3臺視頻圖像，實現了整個綜采工作面視頻系統的無縫連接。

3 綜采自動化工作面生產工藝研究

3.1 液壓支架自動化工藝

梅花井煤礦綜采自動化工作面液壓支架自動化控制的主要目標是實現工作面液壓支架電液控制系統跟機自動化與遠程人工干預控制相結合的自動化采煤模式。以往的電液控制系統大多局限于工作面中部跟機自動化的調試，并且沒有在實際生產過程中使用，而梅花井煤礦在普通SAC電液控制系統的基礎上，深入研究井下實際采煤工藝及工人操作方式。

根據自動化割煤工藝，完善了SAC電液控制系統的原有功能，實現了工作面兩端頭跟機自動化，具備了整個工作面的跟機自動化功能。經過在梅花井煤礦自動化工作面的實際應用，該系統完成了全工作面的跟機自動化調試，證明液壓支架自動化工藝滿足割煤工藝的實際生產需求，首次在傾斜綜采工作面成功實施全工作面跟機自動化。

3.2 采煤機自動化割煤工藝

根據1102206綜采工作面實際地質情況，采用雙滾筒采煤機雙向自動化記憶割煤，刮板輸送機、轉載機、可伸縮膠帶輸送機聯合運煤，兩柱掩護式液壓支架支護頂板，采用全部垮落法處理頂板。采煤機自動記憶割煤工藝引入十四象限(或稱十四工作區間)概念，如圖2所示。

4 自動控制系統總體設計

在順槽列車上打造一個“井下中央控制室”。操作者只需坐在監控中心即可通過顯示器觀察到工作面的情況，通過語音通信進行調度、聯絡，通過操作臺遠程操控工作面相應設備。

4.1 全自動控制模式

將集成控制系統設置為“全自動化”工作模式，通過“一鍵”啟停按鍵啟停工作面綜采設備全自動化。“一鍵”啟停功能包括：泵站啟停、1部和2部膠帶輸送機啟停、破碎機啟停、轉載機啟停、刮板輸送機啟停、采煤機記憶割煤程序啟停、液壓支架跟隨采煤機自動化控制程序啟停，全自動化啟停。自動化運行過程中，實時監控工作面綜采設備運行工況，當設備運行異常，在監控中心操作人員可以通過人工干預手段對設備進行遠程干預，如采煤機搖臂的調整、液壓支架的動作等(如圖2)。

4.2 分機自動控制模式

采煤機智能控制系統依據采煤機調高油缸行程傳感器，實現采煤機的記憶割煤和遠程干預等功能，實現以記憶割煤為主，遠程控制為輔的生產工作模式。通過實時感知搖臂的高度，作為采煤機的智能調高系統的反饋依據，根據工作面煤層賦存條件實時改變搖臂高度，調節前后滾筒，實現采煤機自動割煤操作。根據采煤機儲存系統中上一次割煤過程中存儲的煤層賦存曲線，采煤機能夠自動化的調節前后滾筒，實行自動割煤操作。依據采煤機主機系統及工作面視頻，通過操作采煤機遠程操作臺實現對采煤機的遠程控制功能，可以對采煤機進行啟停控制、運行速度控制和前后滾筒搖臂高度控制等。

液壓支架電液控制系統在標配基礎上，通過增加接近傳感器、傾角傳感器等以實現液壓支架的自動化控制。在護幫板安裝接近傳感器，依據傳感器值判斷護幫板是否收到位，防止采煤機自動化割煤時與液壓支架發生干涉。在調試初期階段，不斷對控制軟件進行改進升級，實現了液壓支架的輔助動作可與支架移架的主要動作同時進行。同時，實現了鄰架升柱到初撐力壓力值時，本架即開始動作的功能，減少了相鄰支架動作的相對時間。通過改進基本實現了平均每個支架移架時間15秒左右的目標，可以滿足采煤機最高12米/分鐘的運行速度。該工作面開采過程中必須使用的三個基本跟機功能：跟機收伸縮梁護幫、跟機移架以及跟機推溜。

4.3 分機集中控制模式

(1)具有在監控中心對采煤機工況監測與遠程集中控制功能采煤機工況顯示，以采煤機計算機主畫面和視頻畫面為輔助手段，在記憶割煤過程中，通過操作臺進行遠程干預操作。(2)具有在監控中心對液壓支架工況監測與遠程集中控制功能，通過電液控制系統數據傳輸，在監控中心顯示出電液控制系統所有數據信息。同時，通過以太網傳輸，在監控中心顯示出工作面支架視頻畫面，以電液控計算機主畫面和工作面視頻畫面為輔助手段，在跟機自動化割煤過程中，使用液壓支架操作臺進行遠程操作，人工干預支架動作，以滿足較為復雜的地質條件。(3)具有在監控中心對運輸設備集中自動化控制功能，主要包括綜采工作面刮板輸送機、轉載機、破碎機以及兩部膠帶輸送機的啟停控制，包括單獨啟停、順序關聯啟停等功能，并且通過采集到的設備數據對運行情況起到監測功能。

(4)具有在監控中心對泵站系統集中控制功能，對整個泵站系統的關鍵運行參數進行實時在線監測，并通過這些參數的數值對泵站進行集中控制。

5 地面監控系統

5.1 地面監控系統平臺

在地面調度室建立了以“地面數據服務中心”為主的大屏幕顯示系統，實現了對整個工作面集中監控。地面監控系統將工作面綜采設備有機結合起來，實現在地面調度指揮中心對綜采工作面設備的遠程監測以及各種數據的實時顯示等，為地面管理人員提供實時的井下工作面生產及安全信息。

5.2 流媒體服務

采用了先進的流媒體服務器技術，它將多個客戶端對同一個攝像頭的流媒體訪問進行代理，極大的減輕了前端網絡攝像頭的負荷和礦井環網的網絡帶寬負荷，也實現了礦井環網和管理網絡的之間跨網段的視頻發布。管理人員通過辦公網絡，就可以實現遠程訪問工作面的攝像頭，進行視頻實時監控。

6 結語

(1)梅花井煤礦1102206綜采自動化工作面是神寧集團信息化、自動化程度最高、產量最高的綜采工作面，是成套裝備自動化系統的應用典范，實現了綜采工作面設備順槽集中控制和地面遠程監控等功能。(2)綜采自動化工作面的正常運行，工作面作業人員由9人減少至4人，一個圓班割煤最高達到23刀，工作面最高月產46.5萬噸，綜采自動化工作面的順利實施達到兩點效果：一是將工人從操作工變成巡檢工，大大降低了工人的勞動強度；二是將工人從危險的工作面采場解放到相對安全的順槽監控中心，提高了工人的安全系數，該項目的順利實施將對煤礦生產有著巨大的影響。(3)梅花井煤礦1102206綜采自動化工作面的順利實施，填補了神寧集團在綜采工作面自動化領域的空白，促進了神寧集團煤礦開采技術進步，對提高綜采生產效率、有機結合精益化管理工作具有重大現實意義。

[1]黃曾華.綜采工作面自動化控制技術的應用現狀與發展趨勢[J].工礦自動化,2013,39(10):17-21.

[2]付國軍,楊明亮,許太山.綜采無人工作面的整體設計與實現方法的構想[J].工礦自動化,2013(1):39-42.

[3] 譚得健.綜采工作面自動化現狀及中國21世紀發展展望[J].煤礦自動化,1999(S):1-3.

This paper introduce the overall design of 1102206 Full-mechanized automation mining face in Meihuajing Colliery, elaborated its various subsystems. Analysis of the mining technology of the Full-mechanized automation mining face ,focusing on the overall design of automatic control system of the Full-mechanized automation mining face, analyzed the control principle of automatic control systems. The establishment of a ground surveillance system,to achieve centralized monitoring of the Full-mechanized mining face.

Full-mechanized Automation; Control Systems; Mining Technology; Ground Surveillance System

翟文(1976-),男,碩士研究生,高級工程師,注冊安全工程師,1997年8月參加工作,一直從事采礦技術管理工作,現任神寧集團梅花井煤礦生產副礦長。