車寨礦1506 采煤工作面智能化控制系統(tǒng)研究

呂占軍

（山西鋪龍灣煤業(yè)有限公司，山西 大同037100）

近些年來，我國煤炭行業(yè)綜合機械化、自動化開采技術突飛猛進，煤炭生產能力以及安全保證能力均顯著提升。綜采設備作為煤炭開采的核心，是現代化礦井建設的關鍵。車寨礦為了提高煤炭綜合生產能力以及現場現代化水平，通過引進先進的開采技術工藝，切實提高了煤炭開采競爭力，實現了煤炭高效回采，實現了減人增效目標。文中就對礦井智能化工作面建設展開分析，以期為礦井其他工作面及其他礦井智慧工作面建設提供一些經驗借鑒。

1 采面概況

車寨礦1506 工作面設計推進長度560m、斜長275m，開采5#煤層、厚度平均5.0m、傾角4°。受附近DF8 斷層影響，局部煤層傾角近10°。5#煤原始瓦斯含量7.52m3/t，預抽后瓦斯含量降低至5.02m3/t，采面設計供風量為3 158m3/min。采面采用綜放開采工藝，采 3m 放 2m，主要設備型號為：采煤機MG300/700-WD、液壓支架ZF8000/18/35D、刮板輸送機SGZ-830/800、帶式輸送機DSJ1200/150/2×250。

2 采面智能化控制系統(tǒng)總體設計

根據1506 采面地質賦情況，提出一套滿足采面生產的綜合自動化控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)以工作面內各智能化設備為基礎設計，具體涉及到的智能化設備包括有：采煤機控制系統(tǒng)、支架電液系統(tǒng)、運輸機控制系統(tǒng)等。在采面構建智慧化綜合控制系統(tǒng)時首先需搭建自動化平臺，具體有可視化平臺、高速通信平臺、開采設備遠程控制平臺；具體可實現的功能有：采面自動化生產、采煤機記憶截割、三機協(xié)調控制、刮板輸送機運輸煤量自動監(jiān)測等。具體構建的智能化控制系統(tǒng)結構見圖1。

圖1 能化控制系統(tǒng)總體結構

3 智慧化工作面關鍵分系統(tǒng)

3.1 采煤機控制系統(tǒng)

為了適應智慧工作面面建設需要，在滿足采煤機智能化控制功能基礎上，確定了采煤機控制系統(tǒng)框架，具體見圖2。

圖2 采煤機控制系統(tǒng)框架

控制系統(tǒng)結構主要包括有采煤機、工控機、PLC控制器、監(jiān)視器、各類安全傳感器、監(jiān)視器等，在PLC 控制器內嵌入有采煤記憶截割程序實現對采煤工作面無人記憶截割，可根據現場生產需要對采煤機生產情況進行調整。在控制系統(tǒng)采煤機上布置的高度傳感器、傾角傳感器可實時感知采煤機搖臂位置、采面傾角變化情況。傳感器監(jiān)測結果傳輸給采高自動調整系統(tǒng)，并動態(tài)調整采煤機運行。

采用數學模型精準計算得到搖臂采高，從而定位采煤機采高。同時控制系統(tǒng)還采用LASC 系統(tǒng)實時監(jiān)測采煤機割煤姿態(tài)、三維姿態(tài)角度等信息，構建三維模型并在顯示器上直觀顯示。

3.2 刮板輸送機智能控制

刮板輸送機智能控制組合方式采用移動電源調速控制器+變頻器方式供電，動力驅動采用電動機+聯(lián)軸器+ 減速器組合方式實現軟啟動，達到降低刮板輸送機磨耗監(jiān)、提升設備使用壽命等目的。

刮板輸送機智能控制系統(tǒng)是智慧工作面的重要組成單元，結構組成包括有煤量智能掃描裝置、智能控制箱以及智能調速控制軟件。通過煤量掃描裝置實現不接觸實時監(jiān)測刮板輸送機運輸的煤量；通過智能調速軟件以及智能控制箱依據煤量掃描結果對刮板輸送機運輸速度進行調整，具體智能調速模型見圖3。

圖3 刮板輸送機智能調速模型

3.3 順槽遠程控制平臺

采面回采順槽內布置的遠程控制平臺結構主要由電源箱、防爆主機、信號轉換器以及交換箱等構成，具體結構見圖4。

圖4 順槽遠程控制平臺

通過防爆主機內嵌有電液控制主機、視頻主機、以及操作臺。其中電液控制主機用以監(jiān)測采面內液壓支架立柱壓力、視頻主機監(jiān)控液壓支架姿態(tài)信息、操作臺對采面液壓支架工作姿態(tài)進行干預。操作臺采用CAN 通信方式將控制指令發(fā)送至液壓支架機載控制器上，實現對液壓支架動作干預。采煤機、泵站以及三機運行控制由操作臺先將指令發(fā)送至防爆主機，防爆主機再向各設備發(fā)出控制指令。

4 現場應用情況及采面減人情況分析

4.1 現場應用情況

上文對采面智能控制系統(tǒng)主要結構進行闡述，在1506 采面構建完成智能化控制系統(tǒng)后，為了掌握采面各設備運行情況，對智能化控制系統(tǒng)現場應用情況進行分析。系統(tǒng)運行時，采面智能化控制系統(tǒng)可以實現采煤機運行姿態(tài)監(jiān)控、記憶截割，自動移架、推溜，皮帶輸送機伸縮機尾以及轉載機等均可實現自動的移動。

在滿足煤流運輸的前提下刮板輸送機通過智能調節(jié)程序及裝載，可智能調節(jié)刮板輸送機運行速度，預計年可增加經濟效益約380 萬元。帶式輸送機采用智能控制系統(tǒng)同樣可起到節(jié)能降耗作用，預計年可提升經濟效益約173 萬元。

4.2 采面減人情況

對完成智能化控制的1506 采面現場作業(yè)人員進行統(tǒng)計，工作面實現智能化控制后采面作業(yè)人員數量由26 人降低至16 人，從而大幅降低礦井人力資源投入，取得顯著經濟效益具體智能化控制系統(tǒng)面應用前后采面工作面配備情況見表1。

表1 智能化控制系統(tǒng)面應用前后采面工作面配備情況

5 結束語

智能化礦井時煤炭建設重點發(fā)展方向，將先進的控制技術、機械化設備應用到采面工作面可顯著提高礦井綜合競爭力并降低生產投入。為此，文中結合1506 采面情況，對工作面智能化控制系統(tǒng)以及液壓支架、刮板輸送機等關鍵控制子系統(tǒng)設計進行闡述，并對現場應用情況進行分析。

結果表明，在1506 采面采用智能化控制系統(tǒng)后，采面綜合生產效率以及運行安全保障能力均得以明顯提升，不僅帶來了顯著經濟效益而且采面工作面人員數量由26 人縮減至16 人，取得顯著的降人增效作用。