綜采工作面自動化設備選型及管理軟件開發與實踐

楊維維，王靜冬，楊家祥，鐘方敏

（寧波建新趙氏科技有限公司，浙江寧波 315600）

0 引言

綜采工作自動化發展可提升采礦生產效率，并在特定管理軟件下提高管理精度，最大程度激發出自動化設備效果，實現高效開采。但在現階段綜采工作面生產中，存在管理手段落后、定員多等問題，需借助適宜管理軟件展開針對性應對，實現無人值守，緩解綜采生產與管理質量間的不協調問題。因此，需根據綜采工作面自動化要求優化設備型號，協調硬件與軟件，提高綜采效率。

1 綜采工作面自動化設備選型

根據綜采工作面自動化標準及開采規劃展開自動化設備選型，需按綜采工作面的產量至少1.1 Mt/a展開設計，應結合實際工作面標準參數及地質條件進行選擇，使自動化設備型號與工作面生產情況相匹配。在實際選擇過程中，應選擇先進可靠且技術成熟的設備，以提高開機率，實現安全高效生產。

采煤機可選用7LS6C-LWS638型號，生產能力可達4000 t/h，截割深度為865 mm，最大牽引速度為21 m/min，滾筒直徑為2200 mm；轉載機選用PF4/1332型號，運輸能力3000 t/h，鏈速為1.32 m/s；刮板輸送機選用PF4/1132型號，運輸能力2500 t/h，鏈速為1.28 m/s；破碎機為SB0912U型號，破碎能力可達3000 t/h，液壓支架選擇ZY12000/20型號，初撐力可達25.2 MPa，可在2000～4000 mm支護高度范圍內應用；乳化液泵可選擇K35055M型號，額定壓力37.5 MPa，額定流量439 L/min；噴霧泵站可選用K160065M型號，額定壓力14.3 MPa，額定流量522 L/min。

除自動化主要設備選型外，應結合上述設備參數選擇聯動控制器，實現高速率動作指令發送，可選用S7-300系列聯動控制器，共包括CPU317-2PN/DP型號CPU、模擬量輸入輸出模塊及24 V開關電源，其中CPU運算速度可達1μs，且具有DP接口，可與自動化設備相連接完成系統通信。傳感器主要為完成信號采集及傳遞，采煤機傳感器可選用HEDS-5540型號，以滿足采煤機運行需要；液壓支架傳感器選用SLM211型號；刮板輸送機選用GLD200電機電流傳感器，便于完成信號轉換，將綜采工作面自動化設備連接，提高自動化系統運行效率。

2 綜采工作面自動化管理軟件開發

2.1 軟件組成

為提高綜采工作面管理質量，緩解定員多等現存問題，管理軟件的開發可從資料管理、生產管理、檢修管理、成本管理、考核管理、檔案管理等方面構建。

（1）資料管理。主要包括井下作業信息數據等，將設備說明書等綜采工作面相關內容集中至管理軟件內，便于后續查閱與管理；生產管理主要表現為綜采工作面生產示意圖自動化繪制及展現，可直觀地了解工作面產量情況，其主要內容包括每班情況、班次人員、工作面設置、生產曲線、示意圖更新等，便于了解工作面真實情況，大幅提高管理效果。

（2）檢修管理。主要包括檢修作業設計、檢修反饋、設備更換、油脂管理等，當自動化設備內缺乏油脂或存在運行異常時，則自動發出聲光預警，便于第一時間進行處理，防止對綜采工作面作業造成影響。

（3）成本管理。主要包括物料名稱、入井數量、消耗數量、規格型號、攜帶班組等，是井下作業生產資源集中整合，主要為自動化繪制材料報表，了解井下作業異常消耗，經分析處理后降低材料損耗，彌補井下生產缺陷。

（4）考核管理。主要為激發井下作業班組生產效率，從制度顯示、班組考核、個人工分方面展開設計，主要為明確綜采工作面生產指標，借助考核提升作業人員工作積極性，為薪酬、晉升提供依據。

（5）檔案管理。主要包括機電事故、工傷事故、人員調動等內容，將綜采工作面事故原因及處理方案整合，并詳細記錄班組人員調動情況、做到有跡可查，提高綜采工作面管理的可追溯性。

2.2 總體結構

綜采工作面自動化設備包括刮板輸送機、采煤機、液壓支架等，現階段大部分煤礦作業均采用雙滾筒電牽引采煤機，采煤機固定于輸送機導軌，完成自動化電機牽引，并借助雙滾筒完成煤層截割，而輸送機作為工作面落煤運輸設備，可在電機牽引下將煤炭運輸并卸載至指定位置。在煤炭運輸過程中，頂板支護由液壓支架負責，可在一定程度上規避矸石墜落問題，且可使采煤機、輸送機保持同步運行狀態[1]。

綜采工作面實現自動化控制時，可包括巷道監控、遠程監控、設備控制等，在以太網通信下完成井下信號調度與實時監測，并將井下作業情況存儲至計算機終端，便于后續數據資源整合。巷道監控主要負責井下煤炭運輸調度，在視頻監控下完成參數控制，向液壓支架、輸送機等設備傳遞控制指令，并在隔爆電源應用下穩定電壓源。設備控制主要為協調各自動化設備，對設備進行綜合控制。自動化系統可通過控制器、傳感器解決設備間的協調問題，可根據實際綜采需求進行設備啟閉，在反饋信號顯示下展開自動進行工作面作業[2]。

2.3 關鍵設備開發

（1）液壓支架。作為綜采工作面自動化系統的重要組成部分，液壓支架在電液控制基礎上實現自動化。液壓支架均由特定控制器展開運行控制，對液壓支架運行過程展開監控，且自動化系統內各液壓支架設備以控制器為中樞實現相互通信，繼而構成液壓支架組網，而各液壓支架相應的控制器則由干線電纜連接，形成控制器網絡。此外，各液壓支架控制器可在機載傳感器應用下展開參數監測，并借助電液閥控制液壓支架，傳感器由紅外線接收器、行程傳感器、壓力傳感器構成。其中，紅外線接收器主要為監測采煤機運行方向及具體位置，行程傳感器用以監測千斤頂情況，壓力傳感器則用以監測下腔液壓力，以此構成液壓支架的自動化體系，與其他自動化設備在干線電纜連接下構成組網系統[3]。

（2）采煤機。電控箱為采煤機自動化的核心，電控箱在綜采工作面自動化體系內可監測采煤機各部件電機運行數據，并第一時間將采煤機運行情況傳輸至中控中心，便于自動化系統管理人員根據井下作業情況調整任務計劃，以此完成綜采工作面采煤機液壓系統與電機的精準化控制。采煤機運行情況的監測同樣需在傳感器支持下展開數據監測與信號采集，從采煤機傾角、搖臂、變頻器溫度、電機溫度、油箱油溫等方面了解采煤機性能，并使采煤機維持割煤記憶狀態，在最小人為干預下完成煤層截割。為進一步保障采煤機自動化水平，應在采煤機設備上設定角度傳感器與齒輪傳感器，數量分別為4個、2個，其中角度傳感器主要為監測采煤機搖臂升降角度、機身橫向角度、機身縱向角度，而齒輪傳感器則為監測牽引齒輪轉速情況，將手動截割狀態下的數據進行收集與存儲，輸入自動化系統內，將其作為自動截割狀態的數據基礎，以此保障綜采工作面自動化系統實際運行效果。

（3）泵站。泵站系統在綜采工作面內主要包括噴霧泵站系統與乳化液泵站系統，為噴霧降塵系統、采煤機搖臂升降、液壓支架升降提供乳化液或動力，為保障泵站自動化運行效果，需由增壓泵、電機、乳化液泵、蓄能器共同作用下構成泵站系統。乳化液泵站主要以BARTEC電控系統為核心展開自動化控制，在BARTEC電控系統應用下可對泵站及電機的油溫、壓力、管路壓力、油位進行自動化監測，以此為依據啟閉泵站；而噴霧泵站系統以柱塞泵為核心，主要為提高綜采工作面生產安全性，由電機控制柱塞泵，噴霧泵站系統配備蓄能器、增壓泵、水箱，該泵站系統同樣以BARTEC電控系統為基礎實現自動化。由此可見，綜采工作面自動化泵站系統均在BARTEC電控系統輔助下實現，可對井下作業現場泵站展開實時監測，了解其工作狀態與運行數據，若存在泵站異常情況，可自動發出泵站異常預警，全面保障綜采工作面管理質量。

3 綜采工作面自動化實踐效果分析

將自動化管理軟件應用到綜采工作面實踐后，井下作業班組管理效率極大提高，進一步推動了現場無人值守發展進程，定員多等不良問題有所緩解，縮短了設備排查時間，并對傷害事故起到一定抑制作用，推動了綜采管理的信息化發展進程。

從自動化系統角度來看，液壓支架自動化網絡可根據實際管理需要選擇自動控制或手動控制模式，以此完成液壓支架降柱、移架、升柱調控，同時可通過中控中心了解采煤機推進速度，以采煤機運行情況為依據展開液壓支架移架、推溜操作。除此之外，電液自動控制可對已卸載液壓支架進行自動補壓。采煤機在電控箱記憶截割功能應用下可實現自動化煤層截割，且可在此過程中根據受力情況調節截割深度與高度，自動化效果較好，無需過多人力即可完成自動化采煤機運行。以BARTEC電控系統為核心的自動化泵站系統實現了泵站集中監測與調控，可根據綜采工作面運行情況啟閉泵站，并將泵站運行數據傳輸至主控臺，自動化系統管理人員可根據LCD顯示屏顯示內容管理泵站，極大提高綜采工作面管理效率與質量。

4 結束語

綜采工作面自動化設備選型應秉承先進可靠的原則，對現有性能不佳設備進行更換，為緩解管理質量問題，應從軟件組成、總體結構、關鍵設備角度展開自動化管理軟件開發，加強液壓支架、采煤機、泵站三個關鍵設備的自動化水平，將自動化設備與管理軟件應用到實踐中發現，效果顯著，不僅促進了綜采工作面自動化水平，更提高了管理質量與自動化水平。