自動化綜采放頂煤工作面設備選型及參數優化研究

牛俊峰， 王 芳

（1.科興集團趙莊煤礦第二洗煤廠，山西 晉城 048400；2.山西蘭花科技創業股份有限公司伯方煤礦，山西 晉城 048000）

引言

20世紀90年代以來，西方一些國家開始試行自動化采煤，技術已逐漸成熟。我國自1997年引進第一套工作面電液控制系統以來，實現了部分自動化功能，并取得了一定的成果。隨著工業信息化技術的迅猛發展，綜采設備“三機”聯動、集成自動化控制已成為可能，常村煤礦通過對21150工作面自動化進行技術探索和實踐，全面提高了礦井綜采技術裝備水平，使綜采工作面“少人化”或“無人化”，降低了人員勞動強度，提高了資源利用率，保障安全生產。

1 工作面概況及設備布置

常村煤礦21150工作面位于21采區三條下山東翼，采深707m。地質構造條件較簡單，所采煤層為二3煤層，厚度10.5m，煤層傾角8°～12°。采用走向長壁式布置，一次采全高綜放工作面，可采走向長度983m，傾斜長180m，采高3.2m，放頂煤厚7.3m，采放比1∶2.28，可采儲量243kt。

21150綜采放頂煤工作面配備設備主要有：工作 面 布 置 MG300／730－WD 型 采 煤 機 1 臺、SGZ800／800型前部刮板機1部、SGZ1000／1050型后部刮板機1部、ZF11000／18／36D型電液控綜采放頂煤支架117架、ZFG12800／25／38D排頭支架6架。下順槽：布置SZZ－1000／400轉載機及PCM250破碎機，膠帶輸送機。

2 工作面各子系統的建立

2.1 液壓支架遠程監控系統

該工作面支架控制系統選用北京天瑪公司生產的SAC型電液控制系統［1］，該系統通過主控計算機與順槽控制中心相連，主要完成液壓支架信息的遠程傳輸、支架姿態及動作模擬再現、放煤控制；對工作面電液支架的操控動作、頂板壓力、推溜位移和報警故障狀態等信息進行在線監控，實現對工作面支架的遠程監測。

2.2 采煤機遠程監控系統

遠程監控系統主要有采煤機機載控制系統、采煤機順槽監控系統、采煤機地面遠程監控系統、采煤機3DVR數字化平臺。在順槽三機協同控制系統實現采煤機的姿態監控、自適應截割控制，并能實現本地優先的遠程控制。該子系統有本地手動、本地自動、遠程手動、遠程自動四種工作模式，采煤機遠程監控示意圖如下頁圖1所示。

2.3 輸送裝備自動化子系統

圖1 采煤機遠程監控示意圖

運輸控制系統采用天津華寧公司生產的KTC101－Z型井下通訊、控制、保護系統，對前后溜、轉載機、破碎機實行集中控制［2］，形成工作面運輸子系統，運輸裝備自動化系統（如圖2所示）。

2.4 乳化液泵站自動化子系統

圖2 運輸裝備自動化系統

常村煤礦采用的乳化液泵站是山東淄博市博山防爆電器廠生產的智能型乳化液泵站，型號為BRW400／31.5K。由變頻調速控制裝置1套、自動配液箱1套（含自動反沖洗系統）、自動補油箱1套（含移動式供油泵1臺）、乳化液泵組3臺、軟化水裝置1套（含軟化水器和軟化水箱）五部分組成。該系統主要功能：聲、光報警功能；顯示實時設備運轉數據和自動配液狀態功能；變頻恒壓控制功能；變頻、工頻兩種控制形式；超高液位保護等。

2.5 工作面無線網絡傳輸平臺

該工作面共安裝15臺KJJ168本安型無線交換機，工作面無線網絡與順槽有線交換網絡連接。利用無線交換機，構成工作面無線網絡傳輸平臺，形成井下順槽集控中心網絡，并通過光纖與地面遠程控制中心（地面機房）相連，最終形成井上井下一體的計算機網絡，實現三機（采煤機、支架、刮板機）工況參數和控制指令的遠程傳輸及視頻信息的遠程傳輸［3］。

3 智能化工作面系統構成

21150智能化工作面設備是在復雜多變環境下實施的技術密集、構成復雜的一項系統工程，工作面以無線網絡平臺為基礎，將支架、采煤機、運輸系統、泵站等子系統與上巷順槽控制中心相連，實現由順槽控制中心對整個系統的監控［4］。21150工作面井下控制中心布置在21150上順槽距工作面100～150m位置與設備列車一起，隨工作面推進向前移動，分別控制工作面采煤機、前后刮板機、工作面液壓支架、轉載機。在工作面無線交換網絡平臺的支持下，通過三機集控主機，實現電牽引采煤機、電液支架主控制器、工作面輸送裝備的集中控制［5］（如圖3所示）。

4 工作面自動化程序及技術參數優化

4.1 工作面自動化啟動程序

工作面設備啟動報警→啟動破碎機、轉載機→前、后刮板機→收護幫板→采煤機割煤→液壓支架成組跟機移架→成組推前溜→放頂煤→成組拉后溜。

4.2 技術參數優化

自動化工作面采煤機、支架、刮板機的運行、動作、狀態的時間和空間配合是否合理是實現生產自動化的關鍵。通過對21150工作面大量試驗和不斷摸索，使設備的各種工作性能得到充分發揮，達到了預期的技術要求。

1）采煤機技術參數。割煤速度為3.5m／min。

2）跟機自動化技術參數。以采煤機紅外線發射器對照的支架為基準，其中前方第7架支架護幫板和伸縮梁開始收，采煤機后方第6架支架護幫板和伸縮梁開始伸，后方第5架支架開始自動移架，依次類推，實行跟機自動化割煤［6］。

3）自動移架參數。自動移架首架動作之前3s蜂鳴器報警，支架降架前柱壓力降至10MPa，后柱5MPa以下，計算機程序才允本架移架，目標行程500mm。以此參數判斷是否已經移架到位。升架以立柱壓力升至18MPa以上（立柱升柱的目標壓力20MPa），鄰架作自動移架移。

4）成組推溜參數。動作范圍10架，動作組1組，組間延遲1s。

5）成組拉后溜參數。動作范圍10架，動作組1組，組間延遲2s。

6）支架自動放煤程序參數。6架為1組，隔架放煤，進行成組動作，先進行第1、3、5架，然后是2、4、6架成組動作，6架為1個循環，保證放煤量達80%以上。第一架執行單架動作，待第一架放煤動作結束時（20s），第三架開始自動放煤動作，待第3架放煤動作結束時（20s），第5架開始自動放煤動作，待第5架放煤動作結束時（20s），第2架開始自動放煤動作，并重復單架動作，待第2架放煤動作結束時（20s），第4架開始自動放煤動作，并重復單架動作，待第4架放煤動作結束時（20s），第6架開始自動放煤動作，并重復單架動作，直至動作結束（20s），再進行下一組放煤。

5 結語

1）自動化設備的應用提高了設備開機率。自動化設備的實時工況監控、智能故障診斷、工作面礦壓監測等實用功能，讓井上井下都能隨時掌握關鍵部位的工作狀態，及時發現設備故障，杜絕了設備事故的發生，降低了設備運行成本。

2）保證了職工的人身安全與工人勞動強度。SAC型電液系統的成組動作控制功能、支架跟隨采煤機自動控制功能以及安全操作功能等，實現了無人操作或遠距離操作，保證了操作人員的人身安全。

［1］ 帥銀周.自動化綜采工作面的實現與應用［J］.科技信息，2010（16）：335－336.

［2］ 錢佳濤.基于PLC的井下工作面自動化系統集成研究［J］.科技信息，2009（10）：293－294.

［3］ 趙雪雷，徐向東，李會義.王莊煤礦大采高自動化綜放工作面技術研究［J］.煤礦機械，2008（4）：155－156.

［4］ 夏護國.自動化綜采工作面技術應用［J］.陜西煤炭，2007（1）：59－60.

［5］ 付國軍，楊明亮，許太山.綜采無人工作面的整體設計與實現方法的構想［J］.工礦自動化，2013（1）：39－42.

［6］ 賀海濤.綜采工作面自動化在神東礦區的實踐［J］.陜西煤炭，2009（2）：51－52.