綜放工作面遠程控制自動化系統的應用

楊 明

(山西凌志達煤業有限公司 ，山西 長治 046606)

0 引言

某煤礦綜放工作面現場開采條件復雜、安全生產隱患大、不可控因素多、輔助運輸系統亂，為了減少綜放工作面的人員數量、避免作業人員傷亡、保障安全生產，本文在8207綜放工作面率先應用遠程控制自動化系統，該項工作對于在全礦井范圍內進行遠程控制自動化全面改造具有積極的推廣作用，符合礦井信息化、智能化建設的進展要求。

1 綜放工作面基本情況

8207綜放工作面地處該礦西部的西二盤區，工作面東北緊鄰盤區三條集中巷，西北緊鄰8209綜放工作面留設煤柱，西南與保護煤柱相鄰，東南為未回采的實體煤。8207綜放工作面整體呈一單斜構造，在8207綜放工作面掘進期間揭露一條正斷層，落差僅為0.3 m、傾角為68°，對工作面回采影響不大。地質儲量為524萬噸，可采儲量為381萬噸，回采率為81.8%，服務年限為9.1個月。

8207綜放工作面長度為200 m，走向長度為1 291.8 m。8207工作面對3號～5號煤層進行回采，煤層厚度范圍為6.92 m～18.35 m，平均煤厚為14.13 m，采高為3.9 m，放煤厚度為10.23 m。煤層結構復雜，夾矸厚度為2.74 m，煤層傾角范圍為1°～2°，為近水平煤層。工作面開采標高為871.1 m～830.3 m，埋藏深度為473.2 m～548.7 m，工作面直接頂為4.68 m的細砂巖，基本頂為7.36 m的含礫粗砂巖，直接底為1.25 m的粉砂巖。

2 工作面遠程控制自動化系統方案

8207綜放工作面遠程控制自動化系統主要由地面監控中心、工作面順槽監控中心、數據集成與傳輸系統、各執行系統等部分組成，如圖1所示。

2.1 工作面順槽監控中心

順槽監控中心由集控監控主機、顯示器和操作臺(或控制臺、控制器)等組成，集控監控主機與顯示器采用光纖進行通信，配備有6臺礦用本安型顯示器，可實現電液控數據、支架視頻、采煤機視頻、自動化數據、采煤機數據、機載視頻的顯示及操作功能。并將2臺礦用本安型攝像儀安裝于工作面順槽監控中心，可實現地面監控中心對工作面順槽監控中心的實時監測。

2.2 數據集成與傳輸系統

數據集成與傳輸系統利用工業以太網來實現數據的集成和高速傳輸功能，通過布置于8207綜放工作面的順槽監控中心，可實現對工作面機電設備的相關數據集成、處理、管理以及故障診斷等相關功能。具體布置情況如下：

(1) 工作面以6個液壓支架為一組，按照工作面實際擁有120個液壓支架，共布置20組，將1臺本安型綜采綜合接入器安裝于各組液壓支架的首架中，如圖1所示分別布置于支架1、支架7、…、支架55、…、支架109、支架115。

(2) 工作面順槽監控中心安裝2臺礦用本安型光電轉換器，工作面機頭和機尾各安裝1臺礦用本安型光電轉換器，共計4臺礦用本安型光電轉換器。利用礦用穩壓電源為礦用本安型光電轉換器供電，運用礦用光纜將工作面順槽監控中心到機頭以及工作面順槽監控中心到機尾之間的數據傳輸互聯，從而實現百兆級別的工業以太環網。

(3) 工作面中各接入器均可成為工業以太網中的一個節點，各個節點均可共享工業以太網的相關數據和信息，并搜集傳輸模擬量和數字量。

2.3 各執行系統

如圖1所示，各執行系統包括供液系統、供電系統，以及布置于支架、三機設備等工作面設備的遠程控制、視頻、監控等裝置。

2.3.1 工作面視頻系統

與綜合接入器布置方式相同，工作面中以6個液壓支架為一組，按照工作面實際擁有120個液壓支架，共布置20組，將2臺礦用本安型攝像儀安裝于各組液壓支架頂梁上，其中1臺拍攝方向與工作面呈平行布置，另外1臺拍攝方向與工作面呈垂直布置，如圖1所示分別布置于支架1、支架7、…、支架55、…、支架109、支架115。該礦用本安型攝像儀是具有紅外補光功能的網絡攝像儀，通過工業以太網可實現視頻傳輸功能，并通過無線AP傳輸方式與綜采綜合接入器之間進行連接，利用綜采綜合接入器可為礦用本安型攝像儀供電并傳輸視頻數據信息。

2.3.2 工作面監控系統

圖1 工作面遠程控制自動化系統結構示意圖

工作面順槽監控中心可實現對采煤機工況、運輸機工況、液壓支架工況、泵站系統工況、工作面語音系統、工作面設備通信、設備保護信息等的監測。通過視聽沉浸式技術可實現工作面視聽感官的直接延伸，并且利用布置于工作面的各攝像設備對采煤過程進行跟蹤拼接，能夠實現置身其中的視聽感受，從而更好地實現監控功能并遠程指導工作面現場生產全過程。

2.4 地面監控中心

地面監控中心通過工業以太網來實現工作面順槽監控中心集成的相關數據的傳輸功能。該中心包括視頻主機、監控主機和服務器，可以實現對工作面順槽監控中心以及工作面各設備生產全過程的監測監控。

3 工作面設備遠程控制關鍵技術

工作面主要設備通過兩個操作臺進行遠程控制，其中一個操作臺負責進行液壓支架遠程操作，另一個操作臺負責對采煤機進行遠程操作及對三機、泵站進行集中控制。

3.1 液壓支架遠程控制技術

將液壓支架遠程操控臺布置于工作面順槽監控中心，利用支架視頻顯示器、電液控數據顯示器等輔助手段，完成液壓支架的推溜、降架、拉架、升架等單架動作和跟機移架的成組移架動作，以實現液壓支架的遠程操作控制功能，控制延時不超過500 ms。

3.2 采煤機遠程控制技術

將采煤機遠程操控臺布置于工作面順槽監控中心，利用采煤機視頻顯示器、采煤機數據顯示器等輔助手段，完成采煤機牽引部的啟停、速度、方向及其滾筒的啟停、升降、左牽、右牽等一系列動作，以實現采煤機的遠程操作控制功能，控制延時不超過500 ms。

3.3 工作面三機工況監控與集中控制技術

調度操作員能夠對現場生產過程中的三機設備工況進行實時監控，并可通過語音通信功能與相關作業人員之間進行通信。利用工作面順槽監控中心的一鍵啟停功能可使工作面三機設備按預先設定順序自動啟停，三機設備的數據信息可實現高速上傳和控制信號下達，控制延時不超過500 ms。其中，三機設備啟動順序依次為破碎機—轉載機—刮板運輸機，三機設備停止順序為刮板運輸機—轉載機—破碎機。除此之外，調度操作員還可以通過工作面順槽監控中心對井下突發情況進行遠程干預。

3.4 工作面泵站遠程控制技術

工作面順槽監控中心可實現對乳化泵站系統相關運行數據的采集，并對乳化泵站系統的運行狀態進行集中顯示。該中心還具有與乳化泵站系統之間雙向通信的功能，以實現對乳化泵站系統的單臺啟停控制和多臺聯動控制，控制延時不超過500 ms。

4 工作面遠程控制自動化系統特點

(1) 由于整個遠程控制系統采用成套設備互聯，實現了系統中各設備之間的無縫連接，因此系統運行具有強大的可靠性。

(2) 建立了工作面順槽監控中心和地面監控中心。遠程控制系統將采煤機、液壓支架、運輸機、泵站和供電等控制系統進行集控連接，具有高度的集控自

動化功能。

(3) 對液壓支架與采煤機的遠程控制，控制延時均在500 ms以內，大大提高了系統的實用性。

(4) 遠程控制系統將工作面各個設備的數據信息、視頻信息、通訊功能、控制模塊有機結合，通過工業以太網進行有效連接，具有較高的集成度，實現了工作面設備布置和投入的極大簡化。

5 結語

8207綜放工作面應用遠程控制自動化系統后，生產班每班定員為11人，較原綜放工作面每班定員16人減少了5人，一天可減少10個人工，按綜采隊人均月工資8 000元計算，每年可節省96萬元人工成本。并且應用遠程控制自動化系統后，8207綜放工作面平均日產量達3.3萬噸以上，每年可產原煤910.8萬噸，較原綜放工作面的年產量841.8萬噸可多產原煤69萬噸，每年可多創收21 600萬元經濟效益。該項工作對于在全礦井范圍內進行遠程控制自動化全面改造具有積極的推廣作用，符合礦井信息化、智能化建設的發展要求。