龐龐塔煤礦綜采工作面自動化控制系統設計

賈華龍

（霍州煤電集團有限責任公司，山西 霍州 031400）

0 引 言

煤礦井下生產具有開采條件復雜、機電設備繁多、風險隱患難控、運輸環節較多等一系列特點，而自動化、智能化、少人化是煤礦井下生產的發展方向，通過綜采工作面自動化控制系統可以實現減少作業人員數量、保證現場安全生產、減少人工工作量、提高回采效率的目的。龐龐塔煤礦為新建千萬噸級現代化礦井，將綜采工作面自動化控制系統應用于井下生產可以實現礦井的安全高效生產。

1 礦井及工作面基本情況

龐龐塔煤礦位于山西省呂梁市臨縣境內，井田南北長20 km，東西寬3 km，面積60.731 6 km2。礦井產能10.0 Mt/a，采用斜井拓方式，布置+750 m 和+200 m 2 個開采水平，共劃分15 個采區。礦井工業儲量1 103.11 Mt，設計開采資源量1 009.54 Mt。

5-106 綜采工作面位于一采區，對5 號煤層進行開采，煤層均厚6.26 m，容重1.51 t/m3，工業牌號為1/3 焦煤。5 號煤層與9 號煤層的層間距范圍為40.90～56.15 m，平均50.63 m。工作面長度220 m，可采長度1 160 m，工作面布置副巷和主巷，其中副巷用于輔運和回風、主巷用于出煤和進風。副巷、主巷均采用矩形斷面，巷道寬×高分別為5.0 m×4.1m、5.6 m×4.1 m，均為錨網+錨索的支護形式。

2 綜采工作面自動化控制系統方案

2.1 自動化控制系統總體目標

綜采工作面自動化控制系統基于機電設備電液控、語音通訊、泵站和采煤機定位控制等部分，應用工業網絡進行數據傳輸，對機電設備的運行數據進行分析處理，通過井下現場集中控制和地面遠程控制實現對工作面生產過程的控制，并將工作面工業視頻監控系統作為自動化控制系統的保障部分，從而實現綜采工作面生產的自動化、智能化和少人化。

2.2 自動化控制系統總體框架

綜采工作面集中控制系統架構見圖1。

圖1 綜采工作面集中控制系統架構圖

綜采工作面自動化控制系統主要包括液壓支架遠程與協調控制、采煤機遠程控制、運輸設備遠程控制、泵站系統遠程控制、工作面順槽監控中心和地面監控中心等部分，利用工作面順槽監控中心和地面監控中心可以對綜采工作面的三機一架、輸送機、泵站及相關設備進行遠程控制、實時監控，便于現場操作人員及時發現與解除故障，提高井下生產效率。

2.3 自動化控制系統硬件配置

表1 為綜采工作面自動化控制系統硬件配置。

表1 綜采工作面自動化控制系統硬件配置

3 綜采工作面自動化控制系統控制

3.1 液壓支架遠程與協調控制

1） 液壓支架遠程與協調控制系統配備雙線CAN 接口，通信速率33.3 kbps，并配備遠程控制接口，遠控延時≤200 ms。

2）將液壓支架遠程操作臺布置于工作面順槽監控中心，用于對液壓支架遠程與協調控制系統進行遠程控制，可實現單架單動作、成組推溜，成組伸收護幫、成組伸收伸縮梁等動作，并對液壓支架的自動跟機功能進行遠程起停控制，還可以通過遠程操作臺的視頻畫面作為生產輔助手段，將順槽監控中心與刮板運輸機負荷關聯后，在刮板運輸機超負荷運轉時，可以實現采煤機自動閉鎖，控制系統見圖2。

圖2 液壓支架遠程與協調控制系統圖

3.2 采煤機遠程控制

1）遠程控制系統配備雙線CAN、RS485 或RJ45接口，并配備遠程控制接口，遠控延時≤300 ms。

2）采煤機遠程控制系統所采集數據包括各臺電機的電流、溫度、負荷等，采煤機牽引速度、位置等，截割滾筒的高度、位置，液壓設備的壓力、流量等。將采煤機集控箱布置于工作面順槽監控中心，用于對遠程控制系統系統進行遠程操作，可實現采煤機升降滾筒的升、加減速度、啟動停止等動作，還可以通過遠程操作臺的視頻畫面作為生產輔助手段，并且配置記憶割煤等智能控制功能，監控畫面見圖3。

圖3 采煤機遠程監控畫面

3.3 運輸設備遠程控制

1）遠程控制包括工作面運輸設備、順槽皮帶和視頻監控3 部分，配備RS485 接口，通訊協議為MODBUS RTU，可通過工作面順槽控制中心的集控箱對運輸設備實現遠程控制。傳輸數據主要包括運輸設備及其電機等設備的溫度、電流、轉速等。

2）通過運輸設備遠程控制系統可以實現對刮板運輸機、轉載機、破碎機及膠帶輸送機的順序遠程起停控制，各運輸設備啟動順序為其中起動順序為膠帶輸送機-破碎機-轉載機-刮板運輸機，各運輸設備停止順序為刮板運輸機-轉載機-破碎機-膠帶輸送機，運輸設備遠程控制通訊系統見圖4。

圖4 運輸設備遠程控制通訊系統圖

3.4 泵站遠程控制

1）泵站遠程控制系統配置數據傳輸功能，通訊協議MODBUS RTU 或TCP/IP，并配備RS232 接口。

2）通過遠程控制系統可以監測泵站的溫度、壓力、油位、液位、電磁閥動作等工況，可以遠程控制泵站系統的單、多設備的啟停，并將采集到的數據顯示到工作面順槽控制中心控制屏上，見圖5。

圖5 泵站遠程控制通訊系統圖

3.5 地面監控中心

1）工作面系統集成及數據上傳系統。通過工業網絡可將井下工作面各機電設備的相關運行數據傳輸到地面監控中心，不僅可以在地面監控中心實時監測各設備的運行情況，還可以在地面監控中心對各設備進行遠程控制。

2）乳化液泵站智能監測系統。實現實時檢測泵站各傳感器及參數的數據，進行狀態監測；監測泵站主、次編組的控制流程監測，以及多級、分級過濾功能的流程監測。

3）工作面視頻監控系統。將網絡攝像頭安裝于工作面采煤機、支架、運輸設備，通過工業網絡可將視頻數據傳輸到地面監控中心的視頻服務器當中，可以對工作面設備運行情況進行實時監測、查詢回看和視頻儲存，通過外網設備與視頻服務器相連還可以實現外網實時監控。

4 結 語

自動化、智能化、少人化是煤礦井下生產的發展方向，整體設計綜采工作面自動化控制系統方案，并在龐龐塔煤礦5-106 綜采工作面應用后，生產班人數由17 人可減少至12 人，每日2 個生產班組織生產，按每人月平均工資8 000 元進行測算，據此節省人工成本96 萬元/a；年原煤產量可由841 萬t 提升至920 萬t，原煤噸煤售價按照400 元/t 進行測算，多采出的煤炭資源可創造經濟效益31 600 萬元/a；以上2 項合計，可多創造經濟效益31 696 萬元/a。