綜采工作面自動化集控技術應用分析

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右翼，西接北三回風巷，東至北一盤區邊界煤柱，與22118采空區最短間距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，突水系數為0.012 7～0.016 7 MPa/m，位于相對安全區內。預計正常涌水量10 m3/h，預計最大涌水量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、液壓支架等機械設備聯動性相對較差，設備間無法集中聯鎖控制，導致工作面在回采過程中設備故障率高，設備故障無法及時發現且維修難度大，嚴重制約著工作面的安全高效生產；對此，屯蘭礦經研究決定對22301工作面采用一套自動化集控系統[1-2]。

2 綜采工作面自動化集控系統結構組成

1）22301綜采工作面通過采用網絡通訊平臺與自動化集控系統技術，能夠實現工作面實時監控、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、轉載機、破碎機）運輸系統及支架電液控等功能。

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

圖1 屯蘭礦22301大采高工作面自動化控制系統結構示意圖

3）自動化集中系統的核心安裝在工作面順槽巷，主要由以下設備組成：集控臺、視頻主機、數據處理主機、交換機，能夠實時對各類監控數控進行傳遞、診斷及控制。

4）井下綜采工作面液壓控制系統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、通訊及供電電纜組成。采煤機上安裝有紅外線發射式定位系統，該系統主要由紅外線發射器、接收器及通訊電纜組成。

5）采煤機、支架、運輸機聯動控制系統主要是將位移傳感器、傾角傳感器、精確推拉組件、慣導組件、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聯動控制。

6）順槽集中控制系統和數據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的分合閘狀態，對開關故障類型、實時電壓及整定值進行觀察。

7）工作面視頻實施監控系統能夠對井下工作面的現場情況進行監控，采煤機及刮板在推溜時，相應區域的視頻攝像頭會相應開啟，為順槽及地面指揮人員提供清晰的視頻。

3 工作面集控系統主要功能

3.1 順槽集中控制系統主要功能

1）該系統能夠對綜采工作面的各類設備進行遠程單設備啟?？刂?，完成對工作面的全方位控制。

2）能夠對綜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相互配合，從而實現工作面監控、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、轉載機、破碎機）運輸系統、支架電液控及泵站系統的相互聯鎖。

4）系統能夠根據采集到的運輸機、破碎機、刮板機的運載量自動調節采煤機的牽引速度，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 支架電控系統主要功能

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

2）通過電控系統能夠實現單架及多架自動升降及前移，工作人員可以在軟件中設定采煤工藝及參數，使電控系統能夠與不同工作面的采煤工藝及地質構造結合。

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

4）支架電控系統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）電控系統能夠根據數據傳感器接收到的信號進行分析判斷，并根據分析結果作出急停、閉鎖、報警等相應操作。工作人員可以根據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、運輸機的聯動控制系統主要功能

1）聯動控制系統能夠根據采煤機、刮板機、溜槽上傳的數據分析，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、調直等相應的動作）。

2）聯動控制系統可以根據遠程視頻監控的數據進行判斷，不斷調整支架與采煤機的狀態，使采煤機工藝與支架狀態相互配合。

3）系統采用分步推溜的生產工藝，確保刮板機的運行狀態始終處于合理位置，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 三機自動控制系統主要功能

1）技術人員為綜采工作面刮板輸送機的機頭、機尾處、轉載機、破碎機分別安裝對應的數據采集分站，數據采集器能夠對相應設備的數據進行實時監控采集，并判斷各設備運行的狀態來實現聯動控制。數據采集分站將收集到的數據通過環網傳遞到集控中心，集控中心的軟件通過邏輯計算將采集的數據轉變為動態圖像顯示在屏幕上，工作人員可以通過計算機控制工作面設備的運行狀態。

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

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備的運行。

3.5 視頻監控系統主要功能

1）視屏監控顯示界面能夠實時以單畫面、多畫面的形式顯示在屏幕上，調度人員可以根據需求調取不同位置視頻，視頻信號能夠通過井下環網進行傳輸，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）監控視頻能夠對綜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、轉載機、破碎機等特殊固定位置安裝視頻數據采集器，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，截止2020年4月通過三個月實際應用效果來看，取得了顯著應用成效。

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后，工作面機械設備間可進行聯鎖控制，同時實現了工作面設備的遠程控制，縮短了工作面設備調試、運行時間，提高了自動化控制水平。

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

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