孫智宇

(陜煤集團神南產業(yè)發(fā)展有限公司 機電設備管理中心，陜西 榆林 719300)

0 引言

采煤工作面是煤礦生產的最頂端，決定著礦井生產能力和產品質量。采煤工作面裝備和控制水平也是礦井現代化水平的標志，因此備受關注。隨著采煤裝備機械化的普及，信息化、智能化也得到很大進展，工作面集中控制的范圍、控制方式、智能化水平已成為行業(yè)技術創(chuàng)新的重點課題。

1 礦井地質條件

陜煤集團神南產業(yè)發(fā)展有限公司礦區(qū)水文情況簡單，屬于裂隙含水層充水為主的簡單水文地質條件。頂板有淋水，底板有滲水。礦井屬低瓦斯礦井、煤塵有爆炸危險，煤有自然發(fā)火傾向。礦井采用綜合機械化長壁采煤法一次采全高開采，頂板管理采用全部垮落法。工作面走向長度3 000～6 500 m，起伏角度不大于9°，一般3°～5°；工作面布置長度300 m。工作面使用高產高效雙滾筒采煤機落煤，工作面設計生產原煤能力不小于4 000 t/h。順槽為寬5.5 m，高3.6 m的矩形斷面。環(huán)境溫度<25 ℃，相對空氣濕度97%，海拔不高于1 200 m。

2 工作面集中控制系統組成

礦井采煤工作面集中控制系統包含順槽控制中心和各子系統。子系統包括采煤機電控系統、三機控制系統、泵站控制系統、工作面通信控制系統和供電監(jiān)控系統等。

2.1 順槽控制中心

順槽控制中心由控制臺、無線遙控裝置組成。控制中心集成采煤機電控系統、三機控制系統、泵站控制系統和供電監(jiān)控系統，通過通信控制系統將工作面所有設備聯系在一體，配合無線遙控裝置監(jiān)測、控制工作面設備。

2.2 采煤機電控系統

采煤機應采用交流變頻電牽引方式拖動，煤機調速范圍0～10 m/min；系統應采用無線雙向遙控方式進行控制，遙控分左右控制，遙控開機受密碼保護；遙控器應具有液晶顯示屏可以顯示采高、截割電流、牽引速度、破碎電流、牽引電流等參數；遙控器應具有光標/鼠標功能，可以直接操作人機界面；遙控器應根據不同權限設計成分體結構或設置不同權限的電子秘鑰；遙控器應具有開機密碼保護，防止誤操作；系統應具有完備的保護：漏電保護、過載保護、缺相保護、短路保護、超溫保護、過欠壓保護、低油位保護、低水壓保護、極限位置保護，改造后保護功能不少于原機保護功能；采煤機應具有采高檢測和煤機姿態(tài)檢測功能，可以檢測顯示采煤機的采高和煤機姿態(tài)；系統應具有位置檢測功能，采煤機電控系統應實時的檢測采煤機在工作面的位置；系統應具有數據上傳和順槽遠控功能，同時具備無線和有線功能，建議采用無線方式傳輸數據。采煤機的數據信息應可以傳輸給順槽集控主機，用于顯示和數據存儲，集控主機應能夠下發(fā)采煤機的相關設置參數和控制命令，實現主機的遠程設置和遠程控制功能；系統應具有啟動語音預警功能。設備啟動前，應該先播報語音預警，然后再啟動設備。語音播報應采用漢語方式播報，宜與工作面通信系統聯通實現整個工作面的預警；采煤機應具有智能割煤功能。采煤機可以自學習采煤機司機的操作，采煤機將按照學習的數據自動開始割煤。采煤機在自動化割煤過程中，采煤機司機可以通過無線遙控器對其進行修正，采煤機電控系統將自動記錄修正數據。采煤機應與三機聯動。在自動模式時，采煤機與刮板機聯鎖，當刮板機啟動后，采煤機才能啟動牽引，當刮板機停車時，采煤機停止牽引。當刮板機電流大于設定值時，采煤機自動降速，當刮板機電流大于過載值時，直接停止采煤機牽引。采煤機與泵站聯動功能。當采煤機啟動時，噴霧泵才能運行，當采煤機停止后，可根據時間設定要求噴霧泵進行停機。

2.3 三機控制系統

三機控制系統應具有控制變頻刮板機、高低速刮板機和TTT刮板機的功能，也可以控制綜放型三機；系統應能夠實現刮板機、轉載機、破碎機的就地控制、控制臺控制；系統應能夠實現無線遙控控制，在整個工作面和順槽，都能使用遙控器控制三機啟停；刮板機、轉載機、破碎機的啟動、停止都有完備的語音預警。系統能夠動態(tài)監(jiān)測刮板機、轉載機和破碎機的電機運行參數和齒輪箱的冷卻水溫度、冷卻水壓力等參數，相關需要的傳感器由集控系統自帶，便可實現對冷卻系統的報警保護和停機保護等功能；刮板機應能夠實現自動張緊控制，可以根據設定的停車張緊力和運行張緊力動態(tài)調節(jié)張緊油缸的伸縮，保證張緊力與設定值匹配；變頻刮板機應具有多種調速控制模式—可實現控制臺設定轉速、刮板機就地調速、地面調度調速功能；變頻刮板機應具有自動調速控制—控制系統可以根據采煤機的截割滾筒的電流和牽引速度的大小動態(tài)控制刮板機的運行速度，實現刮板機的自動調速，節(jié)省能源，降低刮板機的機械磨損；集控系統應能夠顯示變頻器內部的所有狀態(tài)，記錄變頻器的故障信息和電流信息。

2.4 泵站控制系統

集控主機應具有泵站控制裝置主控的功能；系統應能控制卡馬特、雷波的工頻泵站和變頻泵站；液壓泵站應可以在泵站設備列車和集控臺處使用遙控器操控；系統應具有泵站運行時間均衡控制功能。系統能夠動態(tài)控制液壓泵站的運行時間，保證每臺泵的運行時間基本相等以達到泵的運行壽命均衡。系統應能檢測總管壓力，并根據設置的壓力值自動控制變頻器轉速和電子卸載閥的動作，保證系統壓力在一定范圍內恒定；系統應具有自動欠壓啟動功能，當泵站系統壓力過低時，泵站控制系統將根據欠壓值逐臺啟動就緒狀態(tài)泵站，補償總管壓力；系統應具有空載停泵功能，當工作面需液量較小時，泵站空載時間到達設定值，控制系統自動的切除低優(yōu)先級泵站，從而實現節(jié)能和減少泵站的磨損。泵站控制分站應設置有閉鎖按鈕，當設備出現故障時或認為禁止某臺泵站運行時，可以直接按下該泵站上的閉鎖按鈕，禁止泵站運行；系統應具有故障泵站的自動投切功能。泵站系統運行過程中某臺泵發(fā)生停車類故障(包括泵站本機閉鎖)，控制系統能夠自動停止故障泵并啟動就緒狀態(tài)的液壓泵站。系統應具有爆管檢測功能，當總管壓力低于設定值并且延遲時間超過設定值時，泵站控制系統應緊急停車并報警。系統應具有自動補液功能，可根據液位狀態(tài)、動態(tài)補償液箱中的液位；系統應具有對泵站油、水和液箱完整的傳感器保護，泵站應具有潤滑油壓力低保護，潤滑油過溫保護、吸液口壓力過低保護、液箱超溫保護、乳化油液位低保護、乳化液低保護、水位低保護；系統應具有與工作面內閉鎖關聯功能：在按下工作面內泵站的閉鎖后系統應能禁止泵站的啟動；系統應具有泵站的啟停車語音預警和通話：泵站沿線需設置擴音電話，液壓泵站啟動時，控制臺和整個工作面都應播報啟動預警信號。液壓泵站沿線應能直接與控制臺和工作面進行通話；噴霧泵站應具有與采煤機運行關聯功能，采煤機啟動截割滾筒時，噴霧泵自動開啟，在自動運行狀態(tài)下，需保證系統的安全性。采煤機滾筒關閉時，噴霧泵會自動關閉。

2.5 供配電監(jiān)控系統

供配電監(jiān)控系統主控模塊直接與移變、組合開關、磁力啟動器和照明綜保等數字礦山模塊通信，控制各回路的通斷，并讀取設備的狀態(tài)，進行集中顯示和數據上傳；主控模塊可實現狀態(tài)監(jiān)視、無線及有線遠程控制(包括操作、整定、復位、底層設備具備功能的停、送電等)。

2.6 通信控制系統

工作面集控主機應具有閉鎖、通話、預警系統的主控功能；系統應實現控制臺和綜采工作面語音全覆蓋，工作人員可以就近通話；三機、泵站、采煤機等設備啟動和故障語音報警能夠實現整個工作面的全覆蓋；系統應能夠播報各種語音預警及故障，具體需要播報至某臺支架進行了閉鎖，例如能夠播報“xx號支架閉鎖”、“采煤機上電”、“采煤機左截割啟動”、“采煤機泵電機啟動”、“xx號乳化泵啟動”、“乳化液系統爆管”等，并且能夠根據現場的需要靈活編輯；系統應能夠通過連接井下程控電話網絡，實現調度室對工作面沿線全局廣播，能夠直接與調度通話；系統應具有閉鎖關聯功能，系統可以將沿線閉鎖關聯到系統中的其他設備上，例如：采煤機、三機、泵站、順槽膠帶機；閉鎖、電話模塊內部控制單元宜采用模塊化結構、模塊膠封；閉鎖應該能夠顯示發(fā)生的位置，閉鎖模塊發(fā)生故障時，系統應能夠顯示，閉鎖模塊發(fā)生故障時，閉鎖系統仍然能夠可靠停車；電話的擴音音量應>100 dB。

3 工作面集中控制系統要求

3.1 通信方式

要求所有傳感器配置屏蔽電纜到各分站控制器，各分站控制器到主控制器采用通訊方式傳輸信號。所有控制纜線的連接采用快速插頭。

3.2 工作模式

集控系統應具有協同工作模式：各子系統可以獨立工作，又接受相互關聯信號協同工作。

3.3 設備防護等級

控制臺、電話等宜采用不銹鋼外殼，防護等級IP65。

3.4 數據處理

所有設備都具有集控中心集中數據存儲、拷貝，拷貝要方便、快捷，并對設備開、停機記錄及運行時間進行自動統計分析，存儲數據時間不低于兩個月。

4 結語

陜煤集團神南產業(yè)發(fā)展有限公司礦井采煤工作面集中控制系統包含順槽控制中心和各子系統。子系統包括采煤機電控系統、三機控制系統、泵站控制系統、工作面通信控制系統、無線遙控系統和供電監(jiān)控系統等。在順槽控制中心實現了采煤工作面所有設備的集中控制，達到了減人提效，安全生產的目的。