綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)探討

【摘要】綜采面自動(dòng)化技術(shù)集電控技術(shù)、安全保障、視頻監(jiān)控技術(shù)、信息化技術(shù)等于一體，實(shí)現(xiàn)了煤礦開采由機(jī)械化向現(xiàn)代化、自動(dòng)化的飛躍，可以大大減少井下工人的數(shù)量，減少安全事故發(fā)生率，提高安全性，是煤炭開采技術(shù)的發(fā)展方向。本文結(jié)合工作面現(xiàn)場(chǎng)，分析了綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備組成，并探討了綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】綜采面；自動(dòng)化系統(tǒng)；液壓支架；采煤機(jī)

0.引言

綜采面自動(dòng)化技術(shù)是繼綜合機(jī)械化開采技術(shù)后煤礦開采技術(shù)新的發(fā)展方向，它集電控技術(shù)、安全保障、視頻監(jiān)控技術(shù)、信息化技術(shù)等于一體，實(shí)現(xiàn)了煤礦開采由機(jī)械化向現(xiàn)代化、自動(dòng)化的飛躍，可以大大減少井下工人的數(shù)量，減少安全事故發(fā)生率，提高安全性。目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有一些高校和科研機(jī)構(gòu)對(duì)綜采工作面自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行研究，并取得了一些成就。下面，本文就以一個(gè)工程實(shí)例來介紹一下該技術(shù)。

1.工程概況

某礦5304工作面位于井下680～770m，煤層賦存較穩(wěn)定，煤厚2.62～3.84m，平均煤厚3.08m，煤層傾角1o，為近水平煤層。直接頂為II類中等穩(wěn)定頂板，平均厚度3.5m，老頂硬度I～I(xiàn)I級(jí)，為中硬類易軟化巖石，礦壓顯現(xiàn)明顯。煤層底板巖石為泥質(zhì)粉砂巖和中粒砂巖，同時(shí)伴有少量細(xì)粒砂巖，底板分類屬IV類，中硬類底板，平均飽和抗壓強(qiáng)度為36.5～42.8Mpa。

井田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，地層平坦，沒有明顯的地質(zhì)構(gòu)造。工作面走向長(zhǎng)1324m，傾斜長(zhǎng)198m，采高3.1m。5304工作面為左工作面，運(yùn)輸巷與膠帶巷、輔助運(yùn)輸大巷都在同一水平，轉(zhuǎn)載機(jī)、泵站、破碎機(jī)、移動(dòng)變電站、電器列車等布置在運(yùn)輸巷中，機(jī)軌合一。回風(fēng)順巷道也與膠帶巷、輔助運(yùn)輸大巷布置在同一水平。

2.綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備組成

3.綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 采煤機(jī)自動(dòng)采煤技術(shù)

采煤機(jī)共由9部分組成，其中電控箱主要用來控制采煤機(jī)各個(gè)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，各種數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)、顯示與上傳，各種保護(hù)的靈敏動(dòng)作；截割電機(jī)通過搖臂齒輪來驅(qū)動(dòng)截割滾筒割煤；泵電機(jī)通過帶動(dòng)齒輪泵，再通過液壓閥組來控制搖臂調(diào)高油缸的伸縮，從而控制工作面采高的大小；牽引電機(jī)通過牽引齒輪箱及牽引驅(qū)動(dòng)塊帶動(dòng)煤機(jī)行走；破碎機(jī)用來破碎溜槽內(nèi)的大塊煤或矸石。

采煤機(jī)各部位采集的各種傳感器信號(hào)通過轉(zhuǎn)換模塊，傳輸?shù)街醒肟刂破鳎?jīng)處理后在顯示器中顯示出來。主要的采集數(shù)據(jù)如下：通過無線接收器接到得遙控器信號(hào)，通過輸入輸出模塊RIO接收到各種電機(jī)的溫度保護(hù)信號(hào)、接觸器電流信號(hào)、搖臂的角度傳感器信號(hào)、采煤機(jī)機(jī)身傾角傳感器、各種旋鈕信號(hào)，變頻器的溫度、電流、電壓、頻率信號(hào)，通過輸入輸出模塊DIOM接收電磁閥通斷信號(hào)，通過GIO模塊接收搖臂溫度信號(hào)、牽引齒輪箱D齒輪傳感器信號(hào)、油箱油溫油位信號(hào)、復(fù)位傳感器信號(hào)、水流量、水壓信號(hào)、電纜張緊信號(hào)。

3.2 液壓支架電液控制技術(shù)

1）電控系統(tǒng)組成

工作面的支架控制器因供電關(guān)系而被分組，相鄰的6個(gè)控制器由一路獨(dú)立的直流電源供電，成為一個(gè)控制器組。分組的標(biāo)志是組與組之間都接入一個(gè)隔離耦合器，它隔斷了組與組間的電氣聯(lián)接而又通過光電耦合溝通數(shù)據(jù)通信信號(hào)，這種方式是為達(dá)到本質(zhì)安全性能所采取的措施。此外隔離耦合器為電源引入提供通道。

所有支架控制器之間通過電纜彼此連接，形成網(wǎng)絡(luò)。干線電纜從端頭架控制器開始順序?qū)⑷恐Ъ芸刂破髀?lián)接起來。每個(gè)支架控制器都有地址編號(hào)，地址號(hào)是按順序連續(xù)的。干線電纜有4根芯線，其中3根為貫通的公共線：1號(hào)芯線為電源12V，2號(hào)芯線是稱為TBUS的所有控制器間公共的通信總線，3號(hào)芯線是稱為Bidi的鄰架間的通信線，4號(hào)芯線為電源0V，也是通信信號(hào)的公共的零電位點(diǎn)。系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)終端器、總線提升器均為保證系統(tǒng)正常工作所必須的輔助裝置。

2）電液控制系統(tǒng)的主要功能

支架電液控制系統(tǒng)的主要功能包括單支架單動(dòng)作手動(dòng)控制，單支架的降柱—移架—升柱自動(dòng)控制，多支架成組自動(dòng)控制，以采煤機(jī)位置為依據(jù)的全部支架自動(dòng)控制，立柱在工作中發(fā)生卸載時(shí)的自動(dòng)補(bǔ)壓功能，閉鎖及緊急停止功能，信息功能。廠家預(yù)先在控制器內(nèi)編制好程序，來實(shí)現(xiàn)以上功能。

3）液壓支架數(shù)據(jù)采集技術(shù)

采煤機(jī)一邊工作，一邊通過紅外線向外發(fā)射信號(hào)，然后液壓支架上的紅外線接收器能接收該信號(hào)，從而可以確定采煤機(jī)位置。支架控制器通過對(duì)采煤機(jī)位置的分析，計(jì)算出哪些支架需要移架，哪些需要推溜或者收打護(hù)幫板。推溜過程中，油缸的行程被油缸位移傳感器采集后傳遞給支架控制器，后者據(jù)此來保證推溜及拉架能夠達(dá)到要求；通過液壓支架立柱壓力傳感器采集立柱下液強(qiáng)壓力信號(hào)，保證液壓支架將架壓力及升架后的初撐力。以上技術(shù)為實(shí)現(xiàn)工作面液壓支架自動(dòng)化提供了最原始的數(shù)據(jù)。

3.3 順槽集中控制技術(shù)

1）三機(jī)集中控制技術(shù)

三機(jī)集中控制采用天津華寧KTC101-Z控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)通過控制聯(lián)力KJZ3-1500/3300-9、KJZ-1500/1140Z組合開關(guān)來控制工作面三機(jī)，可實(shí)現(xiàn)三機(jī)聯(lián)合啟動(dòng)與停止、單設(shè)備的啟動(dòng)與停止、單設(shè)備點(diǎn)動(dòng)的啟動(dòng)與停止功能，可在工作面機(jī)頭實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸機(jī)的啟動(dòng)與停止功能，其具有操作集中、控制簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

2）泵站集中控制技術(shù)

由乳化液泵站系統(tǒng)、噴霧泵站系統(tǒng)及BARTEC電控系統(tǒng)三部分組成。KAMAT乳化液泵站系統(tǒng)包括四臺(tái)乳化液泵、四臺(tái)防爆型三相異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)、兩個(gè)乳化液箱、兩臺(tái)離心式增壓泵、兩臺(tái)隔爆型驅(qū)動(dòng)小電機(jī)、一個(gè)工作面回液過濾器和蓄能器站及BARTEC電控系統(tǒng)。乳化液泵站系統(tǒng)通過BARTEC電控系統(tǒng)集中控制，實(shí)現(xiàn)乳化液泵的自動(dòng)加載、卸載，泵的油溫、油壓、液壓報(bào)警，監(jiān)視和保護(hù)功能。

KAMAT噴霧泵站系統(tǒng)包括三臺(tái)高壓柱塞泵、三臺(tái)防爆型三相異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)、一個(gè)水箱、兩臺(tái)離心式增壓泵、兩臺(tái)隔爆型驅(qū)動(dòng)小電機(jī)、一個(gè)蓄能器站及BARTEC電控系統(tǒng)。BARTEC電控系統(tǒng)并不對(duì)泵的的運(yùn)行進(jìn)行控制，而只是實(shí)現(xiàn)泵的啟動(dòng)、停止及泵的油溫、油壓、水壓報(bào)警，監(jiān)視和保護(hù)功能。

參考文獻(xiàn)

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