高洪強(qiáng) 王楊 卜興昌

摘 要：近年來(lái)隨著綜采智能化開采技術(shù)在國(guó)內(nèi)各大煤炭集團(tuán)的推廣應(yīng)用，其在國(guó)內(nèi)采煤條件下趨于成熟。同時(shí)推進(jìn)煤礦機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化和自動(dòng)化的“四化”水平也是推進(jìn)煤礦工業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的根本出路。煤礦綜采工作面采煤工藝環(huán)節(jié)復(fù)雜、設(shè)備數(shù)量多，設(shè)備之間相互制約、相互協(xié)調(diào)， 任何一個(gè)設(shè)備都無(wú)法脫離其他設(shè)備獨(dú)立完成任務(wù)，同時(shí)這些設(shè)備的動(dòng)作還受地質(zhì)條件、環(huán)境條件的制約。因此需要通過(guò)為這些設(shè)備配套“聰明的大腦”（集控中心），實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面各個(gè)采煤部件的統(tǒng)一管控。自動(dòng)化項(xiàng)目通過(guò)構(gòu)建由一個(gè)核心控制系統(tǒng)、一個(gè)平臺(tái)、各子系統(tǒng)組成的智能化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)控制，完成工作面生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制，提高生產(chǎn)效率，通過(guò)地面分控中心將數(shù)據(jù)融合到基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的綜采設(shè)備智能化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)共享、遠(yuǎn)程管理和深度利用。

關(guān)鍵詞：綜采智能化;自動(dòng)化控制;各子系統(tǒng);數(shù)據(jù)共享

中圖分類號(hào)：TD823.97 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）09-0162-02

0 引言

隨著國(guó)家“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人”的科技強(qiáng)安專項(xiàng)行動(dòng)通知的發(fā)布，推進(jìn)煤礦機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化和自動(dòng)化的“四化”水平是提高煤礦本質(zhì)安全水平，促進(jìn)煤礦安全發(fā)展的必由之路，也是推進(jìn)煤礦工業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的根本出路。煤礦加強(qiáng)與裝備提供商的戰(zhàn)略合作，積極引進(jìn)和共同研發(fā)采煤新技術(shù)、新工藝、新裝備，是煤礦安全可靠的生產(chǎn)提供技術(shù)支撐[1]。

1 工作面回采工藝闡述

1.1工作面回采工藝概念

工作面回采工藝分為：落煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)以及處理采空區(qū)。

落煤：利用采煤機(jī)割煤，端部斜切進(jìn)刀，左滾筒割頂煤，右滾筒割底煤，采用單向割煤，往返一次割一刀。

裝煤：利用采煤機(jī)配合刮板運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行裝煤。下行割煤時(shí)，采煤機(jī)滾筒通過(guò)螺旋葉片將煤裝入工作面刮板輸送機(jī)內(nèi)。上行空刀清理浮煤時(shí)，采煤機(jī)滾筒將下行割煤時(shí)未完全裝凈的煤裝入刮板輸送機(jī)內(nèi)。推移刮板輸送機(jī)時(shí)，通過(guò)鏟煤板將底板浮煤裝入刮板輸送機(jī)內(nèi)。

運(yùn)煤：利用刮板運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、膠帶輸送機(jī)等聯(lián)合進(jìn)行運(yùn)煤。

支護(hù)：使用排頭架、掩護(hù)式液壓支架、過(guò)渡支架聯(lián)合管理工作面頂板。

處理采空區(qū)：采用全部跨落法處理采空區(qū)。

1.2回采工藝流程

具體流程為：采煤機(jī)上端頭斜切進(jìn)刀→正常下行割煤→移架→采煤機(jī)返機(jī)上行清浮煤→推刮板輸送機(jī)→采煤機(jī)上端頭斜切進(jìn)刀→進(jìn)入下一循環(huán)。

1.2.1采煤機(jī)進(jìn)刀

工作面采用上端頭斜切進(jìn)刀自開缺口方式，具體操作如下：

采煤機(jī)上行空刀返機(jī)清理浮煤，滯后采煤機(jī)依次推移刮板輸送機(jī)。

采煤機(jī)返機(jī)至上部刮板機(jī)彎曲段，采煤機(jī)右滾筒升高割頂煤，左滾筒割底煤，開始斜切進(jìn)刀，采煤機(jī)達(dá)到正常截割深度后進(jìn)刀完畢。推移刮板輸送機(jī)至平直狀態(tài)，同時(shí)采煤機(jī)繼續(xù)上行割透煤壁。

采煤機(jī)割透煤壁后，將右滾筒降下割底煤，反向?qū)⒉擅簷C(jī)機(jī)身部底煤割盡。

采煤機(jī)割完三角煤后，將左滾筒升高割頂煤，右滾筒割底煤，進(jìn)入正常割煤狀態(tài)。

1.2.2下行割煤

采煤機(jī)下行割煤，左滾筒（本規(guī)程為人面向煤壁）割頂煤，右滾筒割底煤，超前左滾筒2～3架收護(hù)幫板，并滯后采煤機(jī)左滾筒1架將支架伸縮梁伸出維護(hù)頂板，滯后采煤機(jī)右滾筒3架開始順序拉移支架支護(hù)頂板及煤壁，采煤機(jī)下行至工作面刮板機(jī)頭割透煤壁，將左滾筒降下割底煤，反向?qū)⒉擅簷C(jī)機(jī)身部底煤割盡，空刀上返清理浮煤，返機(jī)至上部刮板機(jī)彎曲段采煤機(jī)斜切進(jìn)刀，斜切進(jìn)刀完之后采煤機(jī)下行開始下一個(gè)循環(huán)割煤[2]。

2 回采自動(dòng)化系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

系統(tǒng)主要按照以下幾個(gè)原則進(jìn)行總體設(shè)計(jì)：

實(shí)用性——充分利用成熟的先進(jìn)技術(shù)，避免盲目追求最新技術(shù)，同時(shí)又要防止系統(tǒng)處理能力不夠。

可靠性——系統(tǒng)建設(shè)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

經(jīng)濟(jì)性——在充分滿足系統(tǒng)運(yùn)行技術(shù)與性能要求的前提下，盡量采用性能價(jià)格比高的產(chǎn)品與技術(shù)。

2.2總體設(shè)計(jì)目標(biāo)

針對(duì)設(shè)計(jì)單位煤礦綜采工作面煤層賦存特點(diǎn)，從通訊系統(tǒng)、自動(dòng)控制、協(xié)同運(yùn)行方式、高效采煤工藝等多個(gè)方面進(jìn)行綜合性考慮設(shè)計(jì)方案。實(shí)現(xiàn)工作面高效自動(dòng)化連續(xù)開采。實(shí)現(xiàn)減員增安高效生產(chǎn)。

2.3設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能

智能化制動(dòng)控制系統(tǒng)中，通常應(yīng)該包含以下幾個(gè)重要的系統(tǒng)功能，分別簡(jiǎn)要闡述如下：

2.3.1綜采工作面自動(dòng)化集控功能

實(shí)現(xiàn)在順槽監(jiān)控中心對(duì)綜采工作面各大主要系統(tǒng)在順槽實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、工作狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障報(bào)警、記錄故障。

（1）具備一鍵啟停自動(dòng)化割煤功能。

（2）具有在順槽監(jiān)控中心對(duì)工作面設(shè)備的監(jiān)測(cè)及集中控制功能。

2.3.2綜采工作面視頻監(jiān)控功能

（1）實(shí)現(xiàn)對(duì)安裝傳感器無(wú)法完成的設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行可視化監(jiān)視。

（2）實(shí)現(xiàn)工作面的可視化管理。通過(guò)在刮板運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭機(jī)尾安裝超級(jí)除塵攝像儀、在液壓支架上安裝隔爆兼本安攝像儀、在采煤機(jī)上安裝超級(jí)除塵攝像儀，實(shí)現(xiàn)采煤工藝實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.3.3綜采工作面采煤機(jī)集中控制功能，與采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊

（1）能夠監(jiān)測(cè)采煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、牽引方向、采高、牽引速度、各電機(jī)電流、溫度，各變頻器的電流等各項(xiàng)重要數(shù)據(jù)。

（2）通過(guò)監(jiān)測(cè)采煤機(jī)的傾角和搖臂擺角的大小，計(jì)算采煤機(jī)的運(yùn)行姿態(tài)，作為采煤機(jī)采高控制的依據(jù)。

（3）通過(guò)與采煤機(jī)進(jìn)行無(wú)線通信，實(shí)現(xiàn)在順槽監(jiān)控中心對(duì)采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制[3]。

2.3.4采煤工藝自動(dòng)化管控功能

（1）采煤機(jī)的操控方式根據(jù)控制權(quán)限由高到低，采用跟機(jī)就地操作、遙控操作和遠(yuǎn)程控制以及記憶截割控制模式。

（2）建立采煤機(jī)運(yùn)行工況數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)報(bào)警、預(yù)警體系。

（3）建立采煤機(jī)自動(dòng)化控制策略和保護(hù)策略。

2.3.5綜采工作面液壓支架電液控集中控制功能

（1）可遠(yuǎn)程對(duì)單臺(tái)支架實(shí)現(xiàn)降—移—升實(shí)現(xiàn)控制。

（2）可遠(yuǎn)程對(duì)液壓支架進(jìn)行成組自動(dòng)控制。

2.3.6綜采工作面運(yùn)輸破碎系統(tǒng)自動(dòng)化集中控制功能

（1）通過(guò)在工作面前刮板機(jī)電機(jī)、后部刮板機(jī)、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)配套無(wú)線傳感器，實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)采集。如：高速軸軸溫、低速軸軸溫、繞組溫度、冷卻水壓力、冷卻水溫度、油溫、油位。

（2）通過(guò)在工作面配套4G無(wú)線系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工作面數(shù)據(jù)無(wú)線上傳：電機(jī)及減速器傳感器數(shù)據(jù)、自動(dòng)張緊控制、視頻圖像。

3 各子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)配置及關(guān)鍵技術(shù)

3.1綜采工作面自動(dòng)化順槽集中控制系統(tǒng)

綜采面自動(dòng)化集中控制系統(tǒng)是綜采工作面自動(dòng)化采煤的核心，而集中控制系統(tǒng)則是這臺(tái)大型采煤機(jī)器人的大腦，是操作人員的人機(jī)接口與監(jiān)控平臺(tái)，通過(guò)建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸接口和通訊規(guī)約，滿足生產(chǎn)工藝監(jiān)控要求。

對(duì)工作面設(shè)備的遠(yuǎn)程單機(jī)控制，被控設(shè)備包括：采煤機(jī)、支架（包括端頭架、過(guò)渡架、中間架）、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、自移機(jī)尾、負(fù)荷中心、泵站。

3.2綜采工作面采煤機(jī)自動(dòng)化集中控制系統(tǒng)

采煤機(jī)集中控制系統(tǒng)由采煤機(jī)控制臺(tái)、視頻監(jiān)控、上位機(jī)控制系統(tǒng)組成;配置一臺(tái)高性能PLC，通過(guò)配套相關(guān)邏輯程序、采集變量，根據(jù)不同控制模式由控制軟件與操作人員協(xié)調(diào)配合完成采煤機(jī)自動(dòng)化控制。

采煤機(jī)采煤機(jī)自動(dòng)化集中控制系統(tǒng)按照控制權(quán)限和功能分為三級(jí)控制：

第一級(jí)為：本地跟機(jī)操作，采用遙控器或采用機(jī)身開關(guān)操作在采煤機(jī)的可視范圍內(nèi)遙控器進(jìn)行相關(guān)操作，對(duì)采煤機(jī)的手動(dòng)控制，控制權(quán)限最高。

第二級(jí)為：遠(yuǎn)程可視化操作，工作人員在順槽集中控制操作中心，通過(guò)人機(jī)界面或者本安操作臺(tái)結(jié)合采煤機(jī)數(shù)據(jù)信息和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，完成對(duì)采煤機(jī)的遠(yuǎn)程可視化操作，控制權(quán)限僅次于本地跟機(jī)操作。

第三級(jí)為：自動(dòng)化智能控制，順槽集中控制系統(tǒng)結(jié)合采煤工藝段、智能傳感網(wǎng)絡(luò)將電液控系統(tǒng)等其他幾個(gè)子系統(tǒng)共同聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)自動(dòng)化智能采煤[4]。

4 紅陽(yáng)三礦在設(shè)備安裝期間出現(xiàn)的問(wèn)題及以后需要解決的方向

（1）自動(dòng)化安裝調(diào)試期間，廠家按照設(shè)備清單提供物資，未考慮安裝時(shí)損壞的配件，影響安裝調(diào)試進(jìn)度，廠家應(yīng)提供足夠數(shù)量的配件。

（2）自動(dòng)化物資到礦驗(yàn)收后直接入井安裝（三機(jī)集控箱、采煤機(jī)遠(yuǎn)控箱、遠(yuǎn)程控制臺(tái)、反沖洗過(guò)濾器、電磁閥），未在地面試驗(yàn)完好，井下安裝時(shí)三機(jī)集控箱通訊故障、采煤機(jī)數(shù)據(jù)無(wú)法采集、遠(yuǎn)程控制臺(tái)無(wú)法控制設(shè)備、反沖洗過(guò)濾器漏液、電磁閥堵塞，影響系統(tǒng)的調(diào)試進(jìn)度，應(yīng)在地面進(jìn)行試驗(yàn)合格后入井安裝。

（3）工作面視頻監(jiān)控系統(tǒng)連接線纜和電液控連接線纜外觀相識(shí)，現(xiàn)場(chǎng)施工人員辨識(shí)不清，導(dǎo)致安裝時(shí)系統(tǒng)通訊故障。廠家在視頻監(jiān)控系統(tǒng)線纜接頭處增加線纜標(biāo)識(shí)區(qū)分。

（4）西二1208順槽沿線距離700多米，導(dǎo)致工作面沿線電話供電不足，影響沿線語(yǔ)音通話功能。轉(zhuǎn)載機(jī)頭增加一臺(tái)18V隔爆兼本安型直流穩(wěn)壓電源，解決沿線語(yǔ)音電話供電不足的問(wèn)題，使沿線語(yǔ)音電話恢復(fù)正常使用。

5 結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)化工作面系統(tǒng)配套，需要從整體出發(fā)，以集控的思維去統(tǒng)一考慮整個(gè)系統(tǒng)的建設(shè)，需要在三機(jī)配套期間，聯(lián)合工作面設(shè)備配套廠家進(jìn)行整體項(xiàng)目設(shè)計(jì)。設(shè)備生產(chǎn)期間提前預(yù)留定制安裝孔位、掛鉤、連接機(jī)構(gòu)。（1）提前考慮乳化液供液方案乳化液管理制度，保證乳化液的清潔度，如：更換管路、加液、泵站維護(hù)等環(huán)節(jié)的管理制度;（2）項(xiàng)目設(shè)計(jì)初期，需要確定將來(lái)接管部門，并全程參與項(xiàng)目設(shè)計(jì)，能夠快速接管和深入了解系統(tǒng);（3）泵站進(jìn)水增加過(guò)濾凈化裝置，必要時(shí)還需增加水軟化處理裝置。

參考文獻(xiàn)

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