煤礦綜采自動化探討

李名劍

（吉利百礦集團有限公司，廣西百色 533000）

0 引言

近年來，自動化技術和信息技術發展迅速，自動化作業基本上涉及各個領域。在煤礦開采領域，煤礦設備自動化技術越來越成熟，自動化采煤技術已經進入人們的視野。綜采工作面的作業環境極其惡劣復雜，工藝煩瑣，因此對該技術的要求非常高。在應用這項技術時，應根據實際情況加強對相關施工設備的檢查和監督，保證設備的正常運行，滿足相關煤礦開采標準。

1 綜采自動化采煤技術及其特點分析

在煤礦開采中，煤礦運輸的主要設備是刮板輸送機，煤礦開采中使用的刮板輸送機設備大多為多電機橫向連接結構，通過雙電纜供電支持其設備運行。在設備運行和使用過程中，可以通過計算機控制技術實現，有效控制和管理機械設備的運行，從而完成煤礦開采中綜采工作面的自動化采掘、運輸、清洗、電纜和管道鋪設。

結合綜采自動化設備在煤礦開采中的應用，其主要特點可歸納總結為以下幾個方面：①綜采自動化設備中心架多為焊接框架結構形式，結構穩定性和剛度突出，可應用于地質條件復雜、環境惡劣的采煤環境，采礦應用效果良好；②綜采自動化采煤設備搖臂與中心架連接，設備搖臂多采用懸掛鉸鏈技術連接固定，沒有回轉支承、齒輪結構等常規設備部件。另外，綜采自動化設備搖臂的工作功率相對較高；③綜采自動化開采設備由計算機控制系統自動控制和操作。綜采工作面開采中的檢測數據非常準確，設備工作速度更快；④綜采自動化采煤設備的整個系統組件可以拆卸，組件之間通過無鏈牽引裝置連接，通信傳輸的穩定性也很好。

2 綜采自動化采煤技術應用實踐分析

2.1 工作面基本情況

25D03 自動化工作面位于東懷煤礦二水平五采區D 煤層，煤層厚度 1.5～2.2m，平均厚度 1.8m，傾角 14°～16°，工作面長度200m，走向長度1200m，工作面頂底板均為泥巖。工作面瓦斯濃度較低，涌水量較少，無地質構造帶存在，受垂深溫度梯度的影響，分別在皮帶和軌道進風巷安裝了空冷器進行機械制冷降溫。

2.2 煤礦綜采自動化系統及功能分析

百礦集團領導進行了多次檢查，經過反復核實，最終確定“在實現綜采工作面單機設備自動化的基礎上，采用集中控制技術，多機聯動技術和自動控制技術”，通過地下監控中心或調度指揮中心對綜采設備進行集中自動控制，大大減少了人員現場作業，實現了“少人作業、少人則安”。降低安全管理風險因素，提高安全生產管理水平。自動化工作面地面調度指揮中心配備4 臺監測主機和兩臺操作臺，可實現地面調度中心對綜采工作面的設備控制進行遠程割煤。

2.2.1 四臺監測主機的功能分別為

（1）支架電液控主機—用于工作面支架狀況監測。

（2）支架視頻主機—用于支架視頻實時監測。

（3）煤壁視頻主機—用于煤壁視頻實時監測。

（4）自動化主機—用于自動化工作面設備運行狀況實時監測，其中采煤機頁面實時顯示滾筒高度等信息，用于輔助采煤機的實時控制。

2.2.2 兩臺操作臺的功能分別為

（1）支架操作臺—用于結合電控主機和支架視頻對工作面支架進行控制。

（2）主控操作臺—用于結合煤壁視頻主機和自動化主機對工作面綜采設備的控制及采煤機的遠程割煤控制。該主控操作臺不僅可以單獨控制泵站、皮帶、轉載機、刮板機等設備的啟停，同時具有“一鍵啟停”自動化設備的高級控制，“一鍵啟停”設備主要包括乳化泵、順槽皮帶機、轉載機、刮板機、采煤機、支架自動跟機。且設備運行的所有信息均在自動化主機上實時顯示，同時結合設備運行信息及視頻監測便可通過操作臺人工干預手段對設備進行遠程控制，實現對采煤機搖臂的調整、速度的加減、液壓支架的操作等。

2.2.3 工作面各子系統的功能

（1）液壓系統的自動控制。針對液壓支架的自動控制，其主要原理是采集采煤機的信號，可實現成組程序自動控制，包括成組自動移架、成組自動推溜、成組自動噴霧。在實際操作中，通過確定采煤機的位置，在此基礎上推、滑、移，進而實現液壓支架的移動能力。在具體操作期間，采煤機將配備相應的紅外發射裝置。液壓支架控制設備通過發射紅外信號接收信號，然后通過控制中心釋放運動動作信號，可與工作面采煤機實現聯合自動動作，支架能滿足與采煤機、刮板機在工作面進行自動割煤要求。此時，電液控制系統將根據相應的移動指令移動液壓支架。通常情況下，企業會使用PM4 控制器進行電液控制系統的應用。

在本項目的液壓系統中，還具有以下功能：①檢測立柱的工作壓力、推移千斤頂的行程、煤機的位置、方向，在井下順槽控制主機上能夠對上述信息進行顯示和存儲，能將數據傳輸至地面調度中心并顯示；②電液控制系統設有聲音報警、急停、本架閉鎖及故障自診斷顯示功能，并能方便地進行人工手動操作，能夠在線進行參數調整設定；③能夠實現任意截深自動推溜；④電液控制系統為非主—從機型，當工作面控制系統與順槽控制主機斷開后，仍能完成各種操作功能和操作模式設置；⑤支架電液控制系統本身信息及需要上傳的其他綜采設備信息能夠通過井上下數據傳輸系統上傳到地面并在井下和井上計算機上顯示，可接入到礦井自動化系統；⑥系統主供液管路在進入工作面前設有自動反沖洗高壓過濾站，能夠實現定時自動反沖洗、根據進出口壓差自動反沖洗及順序反沖洗濾芯功能；具有反沖洗液體回收功能。

（2）采煤機的自動控制系統。針對綜采工作面的運行，采煤機的運行依賴于自動化技術的應用，通過預先設置采煤機的參數，可以保證采煤機在運行過程中的自動化運行。采煤機的自動控制主要包括滾筒控制和牽引控制，采煤機實時檢測液壓系統備壓壓力、油箱油位、搖臂、牽引部、油箱溫度、采煤機的仰俯角度等，并提供報警、保護。在實際采煤期間，如果采煤機用第一刀割煤，采煤機會對技術參數進行存儲和調整，然后與后續作業的參數進行分析比較，從而對技術參數進行限制和控制，將煤塊切割成規定的存儲尺寸。

（3）轉載機、刮板機自動控制系統的功能。①刮板運輸機驅動部的減速器和電動機配備運行狀態監控裝置。減速器測點包括潤滑油油溫、油位，高速軸軸承溫度、冷卻水水溫、流量、壓力；電動機測點包括電機前后軸承溫度，實現對減速器、電動機的運行狀態的實時監測、監控，并實現數據上傳；②轉載機驅動部的電動機配備運行狀態監控裝置。減速器測點包括潤滑油油溫、油位，高速軸軸承溫度、冷卻水水溫、流量、壓力；電動機測點包括電機前后軸承溫度，實現對電動機運行狀態的實時監測、監控，并實現數據上傳；③檢測轉載機、刮板機機頭和機尾電流；④具備聯鎖功能，當轉載機停機時刮板機自動停機。

（4）皮帶機自動控制系統的功能。①系統具有多種控制方式。系統具有遠控、自動、檢修、點動等多種控制方式；②膠帶機保護功能：系統在膠帶機發生打滑、堆煤、跑偏、超溫、煙霧、撕裂等故障時急停膠帶機；當發生超溫、煙霧時灑水動作；③沿線急停功能：當沿線急停閉鎖開關動作時急停膠帶機；④可實現控制機與沿線，沿線各擴音電話間的語音擴播、聯絡打點功能。擴音響度不小于100dB；⑤被控設備運行狀態圖文顯示；具有膠帶機跑偏、縱撕、超溫、打滑、煙霧、堆煤等故障信號的顯示和報警功能；沿線閉鎖位置顯示；沿線電纜斷路檢測及斷路位置顯示。

（5）語音控制系統的功能。①系統具有多種控制方式。系統具有遠控、自動、檢修、點動等多種控制方式；②設備啟停控制。可在控制機上對工作面轉載機、刮板運輸機等設備啟、停控制；③可在擴音電話上實現對工作面轉載機、刮板運輸機就地啟停控制；④工作面沿線對被控設備的急停閉鎖；⑤轉載機、刮板運輸機設備啟動預警；⑥可實現控制機與沿線，沿線各擴音電話間的語音擴播、聯絡打點功能。擴音響度不小于100dB；⑦停電后擴音電話可正常通話（4h）；⑧被控設備開機率統計及顯示；被控設備運行狀態圖文顯示；沿線閉鎖位置顯示；沿線電纜斷路檢測及斷路位置顯示。

（6）視頻監測系統的功能。①具有工作面視頻系統，實現對監控中心、液壓泵站、皮帶機、液壓支架、采煤機、刮板機機頭和機尾進行實時監控功能；②具有跟機功能，當采煤機行走時，煤壁攝像儀會自動切換到采煤機位置；③具有跟架功能，當選擇某一個支架，準備操作時，支架攝像儀會自動切換到選中支架畫面。

3 結束語

采用自動化煤礦綜采技術，與普通的綜采工作面相比，大大減少了自動化工作面的工作人員數量，提高了工地的安全系數，顯著提高了勞動效率，經濟效益顯著，取得了較好的效果。主要問題是自動化工作面臨井下現場條件和操作人員技能水平以及設備維護高質量的高要求，我們需要繼續提高管理水平和技術水平。