煤礦薄煤層工作面三機協同控制系統

趙金升 婁文法 張恩明 趙巧 張新秀

摘 要：隨著高速經濟的發展，煤炭資源需求量不斷加大，但一直以來受開采技術及開采成本的限制，薄煤層一直未得到開發利用，這既降低了煤炭開采量率，也造成煤炭資源的浪費。薄煤層開采是未來煤炭資源的開采趨勢。伴隨著薄煤層裝備的完善，開采技術的提高，一套嶄新的自動化薄煤層開采技術應運而生。

關鍵詞：薄煤層；三機協調；自動化控制；聯動控制

中圖分類號：TD823.251 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）24-0001-02

本文以綜采三機設備即采煤機、液壓支架、刮板輸送機為例，通過對綜采工藝的理論研究確立綜采三機在采煤過程中的聯動關系，提出了三機聯動控制系統解決方案。

薄煤層的開采量僅占全國總產量的10.4%。究其原因是因為目前薄煤層的開采方式及生產效率不高，經濟效益不明顯。薄煤層的開采，不但對綜采設備有特殊的要求，而且由于薄煤層工作空間狹小，使得生產效率低、成本高，并且安全隱患大。

薄煤層綜采自動化的核心內容之一就是通過對綜采工作面三機—采煤機、液壓支架及刮板輸送機及其配套設備進行集成，對運行參數進行實時提取和綜合分析，實現設備運行控制參數的自適應調整和匹配，最終實現薄煤層綜采自動化。

1 系統研究背景及意義

目前國內多數煤礦在系統建設時，沒有統一考慮系統集成功能，各系統相互獨立。加之受采掘裝備的差異和技術研發缺失的限制，導致薄煤層綜采工作面數字化集成工作起步較晚。根據薄煤層開采需求及國家政策信息分析，薄煤層綜采工作面自動化裝備發展前景較好。

通過薄煤層煤礦綜采工作面三機（采煤機、液壓支架及刮板輸送機）及其配套設備運行參數的實時提取和綜合分析，實現三機運行控制參數的自適應調整和匹配，達到薄煤層三機協同控制，進行全自動化采煤的目標。

2 三機協調控制使用新技術

系統建設主要包括支架電液控系統、刮板機控制系統集成、三機協同控制系統及三個主要部分。

2.1 薄煤層液壓支架電液控制系統技術設計

液壓支架電液控制系統是煤礦綜采工作面自動化控制系統的核心，是實現工作面自動化生產管理的必要手段。

2.1.1 支架電液控制器

支架電液控制器是液壓支架控制系統的核心設備，如圖1所示。

支架控制器的主要功能是控制支架的所有動作以及支架信息的交換。控制命令可以是操作者通過鍵操作發出也可以是根據采煤機位置由系統自動發出，傳感器檢測的實時值和用戶設置的各種參數是控制過程實現的重要條件。

2.1.2 順槽主機電液控制系統監控軟件

液壓支架電液控制系統主機主要實現液壓支架推移行程、支柱壓力、推進位置、動作狀態等信息的采集、存儲和顯示。同時，能夠通過上位機軟件對任意支架的姿態進行遠程控制。

2.2 薄煤層刮板運輸機監控系統集成技術設計

通過檢測刮板運輸機在電機負荷參數，自動調節采煤機割煤速度和液壓支架推溜過程，以刮板運輸機出煤運量最大化為控制目標，進行采煤機和液壓支架的聯動控制，最大程度的提高薄煤層工作面的煤炭生產效率。

監控裝置主要完成對刮板運輸機的開停狀態、電機工作電壓、電機工作電流等工礦參數的檢測，并將這些參數遠程傳輸給三機協同控制系統，作為三機協同控制系統的分析數據之一。同時裝置本身可以實現對刮板運輸機開停狀態的控制，也可由三機協同控制器完成對刮板運輸機的遠程開停控制。

2.3 薄煤層三機協同控制系統技術設計

采煤工作面設計三機協同控制系統一套，該主要由兩部分組成：協同控制軟件平臺及該平臺可承載的硬件平臺。系統框圖，如圖2所示。

2.3.1 三機協同硬件平臺

硬件平臺可以由隔爆兼本安計算機作為控制終端，使用綜合接入網關收集三個系統的實時數據，并可以對任意系統發出控制指令，綜合接入與控制裝置接入采煤機監控系統的數據、液壓支架監控系統數據、刮板運輸機監控系統的數據，在協同控制軟件平臺上將三機數據以及人機輸入設備的數據進行綜合融合處理，并依據協同控制策略做出決策，對采煤機、液壓支架以及刮板運輸機進行有序的協同動作控制。控制的效果可以通過顯示設備進行就地顯示，以便在特殊情況下，便于人工通過人機輸入設備進行人工干預，保證系統的正常安全可靠運行。

該系統除了可以進行綜采設備的協同控制之外還可以將采集到的數據、動作過程、控制結果等通過礦井綜合自動化網絡傳輸到地面中心調度室，供地面調閱。

2.3.2 三機協同控制軟件平臺

三機協同控制軟件平臺是三機協同控制模型的思想體現，也是整個系統的核心軟件。

系統可有效提高生產效率及工程質量，降低避免安全事故的發生。

3 系統特點

①靈活易維護性：控制規律靈活多樣，改動方便。

②高精度：控制精度高，抑制擾動能力強，能實現最優控制。

③動態可分析：能夠實現數據統計和工況顯示，控制效率高。

④安全制約性：控制與管理一體化，進一步提高自動化協調控制程度。

⑤高集成性：采用工業以太網技術，用主干網線橫穿工作面，既簡化系統布線，又降低了總體投入。

⑥高可靠性：全系統本安化設計， 核心產品防護等級為IP67，系統具有高可靠性。

4 經濟、社會效益

其帶來的經濟效益明顯，首先可以降低人力成本、減少企業風險，其次可以提高煤礦可采煤層的回采率，增加可利用資源，進而提高礦井可采資源量。社會效益上，可以有力保障礦井安全生產與效率的提升。

5 結 語

本文剖析了采煤機、液壓支架和刮板保送機之間的束縛聯系關系，進而研討了工作面“三機”任務協調控制解決方案，為煤礦“機械化換人，自動化減人”政策奠定基礎，為煤礦安全高效生產提供保障。

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