智能化綜采工作面自動化技術應用

孔慶宇

（晉能控股煤業集團王家嶺煤業公司， 山西 忻州 036600）

1 18102 工作面概述

晉能控股煤業集團王家嶺煤業公司18102 工作面位于一采區南翼，長1472.5 m，寬240 m。工作面北部為回風立井井筒，南部為井田邊界保護煤柱，西部、東部為實體煤。掘進巷道不受采空區積水威脅，據目前調查井田內及周邊未發現私自開采的小窯。

18102 工作面采用一次采全高回采工藝，工作面回采煤層為4 號煤層，平均厚度為5.75 m，平均傾角為6°，4 號煤層存在偽頂主要以炭質泥巖為主，平均厚度為0.2 m，直接頂主要以泥巖、砂質泥巖及薄煤層互層為主，平均厚度為8.5 m，基本頂主要以粗砂巖、含礫粗砂巖為主，局部為中細砂巖，平均厚度為10.2 m[1-2]。

18102 工作面采用綜合機械化回采工藝，采用MG650/1630-WD 電牽引采煤機割煤， 采用SGZ1000/2 ×1200 刮板輸送機運煤， 采用ZF16000/23/43D 液壓支護頂板。18102 工作面采用綜合機械化回采工藝，由于工作面原機電設備之間相互獨立，無法實現集中控制，導致工作面前期回采過程中設備故障率高，設備維修難度大；針對這一技術難題，王家嶺煤礦決定在工作面安裝一套集中控制系統。

2 工作面集中控制系統結構組成

1）18102 綜采工作面機電設備安裝的集中控制系統主要由地面遠程操控系統、設備監控系統、三機聯控系統、電液控制系統、順槽集中控制系統、采煤機、液壓支架、刮板輸送機控制系統以及千兆工業以太網等部分組成，如圖1 所示。

圖1 18102 綜采工作面自動化控制系統結構示意圖

2）順槽集中控制系統安裝運輸順槽設備串車上，該系統主要由控制臺、數據處理器、顯示器、PLC控制器等部分組成，該系統主要收集工作面設備工況數據信號，并進行信號處理并進行相關指令發送。

3）地面遠程操控系統主要安裝在調度室內，系統主要包括視頻主機、監控主機以及服務器等部分組成，服務器內安裝專用組態軟件，通過該軟件可直觀地將工作面各類機電設備運行參數顯示在視頻主機上，工作人員可通過視頻軟件對井下設備參數進行了調校。

4）電液控制系統主要由電液控換向主閥、壓力傳感器、行程傳感器、支架控制器、開關、電纜、通訊器以及紅外線發射監測系統等部分組成；紅外線監測系統主要包括紅外線發射器、接收器等部分組成，主要用于定位采煤機位置[3]。

5）三機聯控系統主要實現運輸機、轉載機、破碎機聯合控制作用，該系統主要由位移傳感器、攝像儀、傾角傳感器以及精準推拉組件等部分組成，該系統安裝在液壓支架鉸接頂梁上從而控制三機聯動。

6）視頻監控系統主要將攝像儀安裝再采煤機、液壓支架上，工作面采煤過程中可將采煤機、刮板輸送機運行情況、工作面堆煤情況、液壓支架位置等視頻畫面上傳至地面監控中心。

3 工作面集中控制系統功能

3.1 順槽集中控制系統

1）通過集中控制系統操控臺可遠程對工作面各類機電設備進行單設備控制，如工作面支架、破碎機、采煤機超前支護、自移尾以及帶式輸送機等進行啟停動作等。

2）工作面機電設備集中控制系統相配合，可對工作面采煤機、刮板輸送機、液壓支架、三機等進行相互聯鎖；同時當工作面機電設備出現故障時可在系統主界面上顯示設備故障類型、故障為主等[4]。

3）該系統利用工作面內各類傳感器實時收集刮板輸送機運輸量、液壓支架礦壓等，從而精準控制采煤機牽引速度和推進速度，控制支架超前移架等動作。

3.2 電液控制系統

1）通過電液控制系統可對液壓支架壓力、位置、推進速度以及支架狀態、采煤機位置進行監測控制，并可以實現單支架、多支架自動控制升降、前移等動作，操作人員通過軟件修改工作面采煤工藝及相關參數，從而保證該系統適用于不同地質條件、采煤機工藝的工作面上。

2）通過該系統監測工作面采煤機割煤深度從而判斷支架推移速度，實現工作面自動割煤、自動移架推溜等動作，操控人員通過系統軟件也可自行設定相關指令動作。

3）該系統可監控支架支柱初撐力情況，當監測到支架初撐力降低至設計值時，系統自動控制支架升架動作，防止支架卸壓現象，保證支架具有足夠的初撐力，提高支架支護強度。

4）該系統對各類傳感器接收的數據進行分析處理，并發出急停、閉鎖、報警等相應動作指令，當監測到設備故障系統無法自動控制設備運行時發出警報，操作人員及時對故障進行處理。

3.3 采煤機、液壓支架、刮板輸送機控制系統

1）該系統可對采煤機、刮板輸送機、液壓支架安裝的傳感器上傳的數據進行處理，然后自動完成采煤、移架、推溜、工作面調平等割煤工序。并根據監控數據實時調整液壓支架與采煤機工作狀態，確保支架與采煤機相互配合到位。

2）該系統對刮板輸送機實行分段移溜工序，保證刮板輸送機處于合理位置，防止支架移架時出現相互板、卡現象，保證液壓支架安全穩定推進。

3.4 “三機”自動控制系統

1）該系統中的數據采集分站分別安裝在刮板輸送機機頭、機尾、轉載機、破碎機等位置上，當工作面采煤時數據采集分站將各個設備運行參數上傳至集控中心，從而實現對“三機”進行聯動控制。“三機”運行狀態通過工業以太網上傳至監控中心上位機上，并將“三機”信息轉換為動態圖像直觀顯示在屏幕上，便于操作人員直觀觀察“三機”運行情況。

2）該系統對“三機”采用遠程自動和就地手動制兩種控制模式，操作人員可對“三機”進行遠程控制開啟，當系統故障無法實現遠程控制時，可進行就地手動單設備控制[5]。

3）該系統配備了語音報警系統和喊話系統，當“三機”設備出現故障時系統通過語音報警系統可對設備進行故障報警，同時工作人員可通喊話系統進行控制。

4）工作面沿線安裝多套語音報警及喊話裝置，工作人員能夠在不同位置進行喊話，必要時按急停按鈕停止所有設備的運行。

3.5 視頻監控系統

1）視頻監控系統可將井下實時監控畫面直觀地顯示在顯示器上便于操作人員觀看，操作人員可根據需要隨時調取工作面不同位置、不同時間監控畫面，監控視頻可存儲在上位機內，便于事故調查。

2）與傳統工作面相比，工作面安裝視頻監控后，操作人員在地面可對工作面特殊地段內機電設備、支護情況進行觀察，如工作面端頭支護情況、工作面機頭、機尾、轉載、破碎機等位置堆煤情況，同時操作人員可控制井下攝像頭實現自動切換畫面。

4 應用效果

王家嶺煤礦通過對18102 綜采工作面安裝一套自動集控系統后，通過6 個月實際應用效果來看，該系統投入應用后大大提高了工作面機電設備集中控制自動化水平，工作面機電設備故障率降低了12%；同時工作面采用該系統后，與傳統工作面相比，勞動作業人數由原來每班15 人減少為6 人，工作面回采速度由原來的5.7 m/d 提高至9.8 m/d，保證了工作面安全高效回采，取得了顯著應用成效。