馬蘭礦18509 智能化工作面成套設備配套工藝研究

閻 偉

（山西西山煤電福利有限公司，山西 太原 030053）

傳統煤炭綜采工作面設備生產廠家不同，各廠家生產標準不同，工作面所有設備無法進行系統性運作，尤其在綜采工作面設備整體調試過程中，不同廠家的設備接口不同、協議不同造成整體智能化水平不高，無法實現高效自動化生產。馬蘭礦18509 綜采工作面原有的綜采機械設備控制方式不統一，多為人工操作，沒有進行綜采工作面設備系統性協調控制，沒有發揮出設備應有的工作效率。為此，推進整個采煤過程中少人值守的智能化安全高效生產具有非常重要的意義。

1 智能化綜采配套設備研究

綜采配套設備智能化是對煤礦開采過程中的各種信息協同處理，將單獨的設備進行系統化控制，提高綜采工作面環境的安全可靠性，從而提升開采效率，達到預定的生產目標。

綜采配套設備智能化技術框圖如圖1。從煤礦開采工藝、設備性能等各方面考慮，將原始的各單機設備獨立運行改變為在綜采工作面各單機層級上建立一個以太網通信網絡層，進行單機數據交換，集中控制，對各單機設備進行系統級調配，建立綜采工作面遠程協同調度控制系統，實現對綜采工作面設備的統一協調調度。通過添加單機感知元件，配備數據接收與發送的底層以太網設備，構造以太網通信系統，同時由遠程監控系統作為主控中心進行協調調度[1-3]。

圖1 綜采配套設備智能化技術框圖

智能化綜采工作面配套系統是以采煤機、液壓支架、刮板機的智能化系統為基礎，結合工業監控自動化系統組成，如圖2。智能化綜采工作面是將原有的各設備獨立工作狀態通過以太網進行配合，作為整體出煤系統進行設計，實現綜采工作面的破煤、落煤、運煤等生產過程。系統可以依據模擬人工進行系統自學習自動控制，通過專家系統模式對系統數據進行綜合分析，結合歷史數據分析，將綜采工作面環境參數、設備參數進行分析，實現綜采工作面配套設備系統的協同調度，提高對生產環境的適應性，實現煤機高效控制[4]。

圖2 智能化綜采工作面集中控制系統構成

2 智能綜采工作面生產模式

2.1 現場指揮協同和集中控制結合模式

采煤機、液壓支架、刮板輸送機智能控制系統建立以后，工作人員可以實地通過下位機系統對綜采工作面設備智能化參數進行低級別修改，保證系統可控運行；通過各設備上的傳感器以及數據采集設備，實時將設備信息發送到控制中心，控制中心通過以太網進行設備遠程監控，實現控制中心遠程控制，指揮單機設備運轉[5]。

2.2 智能自動控制模式

各設備通過智能控制系統可以實現全自動模式，實現遠程控制啟停等功能。自動控制包括：通過一鍵啟動可以將各綜采工作面上的設備啟動，實現全自動啟動功能。一鍵停機：可以通過遠程控制進行自動化設備停止功能。急停：綜采工作面出現狀況時，實現緊急停止。當工作面設備運行出現故障，工作人員可以進行就地處理，保證設備的有序運行[6]。

3 智能化綜采工作面控制技術的應用

通過對馬蘭礦18509 工作面配套機械設備進行研究，基于原有的控制技術，以實現智能化綜采為目標，達到配套設備的合理化設計以及可持續發展的要求，為實現“機械化換人、自動化減人、智能化少人”目標邁進。

3.1 綜采配套設備選型

智能化綜采工作面設備的配置對于智能化的實現十分重要，本文智能控制系統中選定的配套設備有中部支架、端頭支架、過濾支架、轉載機、采煤機、刮板輸送機，配套設備的選型及需求數量見表1。

表 1 智能化綜采工作面配置表

3.2 智能化采煤機

采用MG900/2245-GWD 型采煤機，通過調節參數與刮板機參數進行協同，提高采高精度和牽引速度并進行自動調整，調整浮動精度控制在2 cm之內。通過采煤機與刮板機之間的聯動，構成閉環控制結構，確保設備運行安全以及達到生產精度，從而達到智能化控制效果。

3.3 三機系統通訊

三機系統指綜采工作面的采煤機、刮板輸送機和液壓支架三部分。 根據工業通訊規則，三機之間采用MODBUS 協議，實現互相通訊，并且通過RS485 通訊實現遠程控制，實時遠程監測設備的運行狀態[7]。

3.4 大運量運輸系統

18509 工作面對刮板輸送機進行智能化升級，實現刮板機、轉載機以及帶式輸送機參數匹配，通過智能化調速系統優化運輸負荷平衡。對于后續的破碎工作，設置多級破碎系統，同時與調速系統配合，破碎化程度高，避免了運輸過程中的擁堵問題。在提高生產效率的同時，降低了生產的不安全因素，提高了工人的安全保障[8]。

3.5 頂煤液壓支架

根據公式估算，確定支護強度≥1.5 MPa，工作阻力為20 000 kN。采用整體頂梁加伸縮梁的方案，前部采用二級護幫機構，通過液壓聯動，更好的貼合煤壁。支架頂梁采用雙層U 型板加固，多傳感器識別技術控制系統，優化控制支護系統運動。支架姿態通過感知自適應系統，提高支架支護能力[9-10]。

4 結語

智能化綜采工作面在實際煤礦項目中已經得到驗證，并獲得了很好的效果。綜采工作面智能技術是保障煤炭開采安全的重要手段，也是工業4.0 趨勢的必然要求。智能化綜采工作面的研發，實現了由人工作為主要勞動力向機電智能化的發展，大幅度提高了開采工作效率。同時，智能化新技術也增強了煤礦生產的安全性，為實現“機械化換人、自動化減人、智能化少人”目標邁出了堅實的一步。