薄煤層綜采工作面自動化技術方案

李林林

摘要：隨著我國經濟的高度發展，對煤炭資源的需求越來越大，煤炭資源開采面向深部開采。深部開采時，面臨高瓦斯、高應力、高地壓等安全隱患，如何最大限度地保證工作人員的人身安全成為重要問題。綜采工作面的自動化能夠安全高效地回采煤炭資源，保證工作人員的生命安全，因此綜采工作面自動化技術成為未來煤炭開發的重要發展方向。

關鍵詞：薄煤層；綜采工作面；自動化技術；煤炭資源；煤炭開采 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD823 文章編號：1009-2374（2015）30-0135-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.070

1 工程概況

某礦一水平東翼二采區某工作面埋深650m，煤層厚度約為2.3m，采用一次采全高綜采工藝。直接頂為泥巖，基本頂為細砂巖，由于地質構造等因素，該礦頂板為軟巖，由于工作面采高小，在回采的過程中容易發生冒頂事故，而且人員進入工作面不方便作業，如何保證工作人員的安全問題成為一個重要的問題。該綜采工作面是該水平第一次采用自動化回采技術。

2 綜采自動化技術的組成

該工作面采用綜采自動化回采技術，以綜采工作面的監控中心為中心，采用自動化控制結合網絡技術，對綜采設備進行遠程控制。該綜采自動化系統包括以下六個部分：（1）液壓支架跟機自動化及遠程遙控；（2）采煤機自動調高及遠程遙控；（3）實現工作面數據集成、控制、視頻等集成為一體；（4）實現工作面工業以太網覆蓋；（5）全工作面視頻全景動態監控；（6）實現在地面視頻監控。

3 各系統的工作原理

綜采自動化主要由監控中心、智能分站、工業以太網、全工作面視頻、無線傳輸、數據通信等組成。

3.1 工作面工業以太網

工業以太網絡的主要組成部分為交換機、光纜、智能分站等，其中智能分站每四個支架設置一臺，每臺智能分站配一個雙路電源。

設置兩對網絡轉換器，每個網絡轉換器配一臺單路電源，分別布置在采煤工作面上端到控制中心、控制中心到工作面下端，兩個網絡轉換器通過鋪設光纖相互連接，形成一個通路的工業網絡。工作面光纜走架間，采用熔接方式。智能分站間采用四芯鎧裝連接器連接。工業以太網系統網絡管理方面采用虛線局域網，相互間不干擾工作，不會形成網絡風暴，不會因為某臺機器的故障造成以太網絡的癱瘓，而且采用了流量優先級等級網絡帶寬的管理，使得最重要的數據能夠優先傳輸，并且獲得最大的帶寬支持。

3.2 液壓支架視頻系統

井下的液壓支架視頻系統包括防爆攝像頭、視頻監視器等，并且在一定數目的支架之間安設一臺防爆攝像頭在支架頂梁上方，并照向工作面方向。工作面的回采情況通過網絡傳輸給配置在工作面運輸順槽的視頻顯示屏上，時刻監控工作面的生產運行情況。

3.3 采煤機視頻系統

采煤機視頻監視系統主要由網絡攝像頭、視頻監視器、視頻操作臺、安裝電纜及附件等組成。每四個支架安裝一臺網絡攝像頭，網絡攝像頭直接照向煤壁。網絡攝像頭的視頻數據通過工業以太網網絡傳輸到監控中心采煤機視頻監視器顯示，監視器顯示一路采煤機滾筒前的攝像頭，用以識別煤巖。

3.4 監控中心

工作面液壓支架控制臺和采煤機遠程控制臺一般安放在工作面運輸順槽的監控中心處，工作人員通過視頻監視系統對工作面的液壓支架和采煤機進行遠程操作，完成工作面的采煤、支護工作等一體化工作，這樣可以減少工作人員的勞動程度，同時保障了工作人員的生命安全，降低了事故傷亡的發生。

3.5 采煤機自動控制及遠程控制系統

隨著機械化、自動化程度的提高，現代化礦井成為一種主要的發展方向，通過遠程控制采煤機，割煤、運煤成為現代化礦井的一個重要標志。采煤機的遠程控制不僅能夠減輕工人的勞動強度，而且可以減少粉塵對工作人員的危害，也能夠降低工作面傷亡事故的發生，采煤機械自動化成為未來采煤發展的一個重要方向。

采煤機自動控制系統以高性能控制器為核心，在變頻調速電牽引采煤機控制系統基礎上，采用先進的計算機控制技術、數字化傳感器技術、信息數據庫和信息融合模型技術，使采煤機實現智能化控制。

3.5.1 采煤機自動化控制。采煤機自動化控制滾筒記憶截割系統，增設絕對地址編碼器和傾角傳感器，對采煤機沿工作面方向進行精確自主定位，監控機身姿態和搖臂采高工作姿態控制，通過學習方式建立位置、采高數據庫，實現采煤機滾筒記憶截割自動調高作業；對薄煤型電牽引采煤機進行技術改造，增加位置檢測、姿態檢測裝置、實現記憶截割自動調高控制功能，增加遠程通信接口，實現遠程集中監測與控制功能。

數字編碼器：安裝在采煤機牽引減速器的輸出軸上，編碼器通過固定的地址與工作面的對應關系，從而確定出采煤機在工作面的相對位置。

傾角傳感器：根據其調高模型，由傳感器監測左、右搖臂和機身姿態三個傾角，經過信號處理，傳入PLC處理，再整合已知機身尺寸參數，就可以推導出精確的采高H數據。

3.5.2 記憶截割自動調高。由司機操縱采煤機沿工作面煤層先割一刀，控制系統將采煤機位置、機身姿態、搖臂擺角進行檢測參數等存入計算機，建立采煤機位置、搖臂采高數據庫，以后的截割行程由計算機根據存儲器記憶的參數自動調高。如煤層條件發生變化，通過人工干預方式進行調高，同時自動記憶調整過的參數，作為下一刀調高的依據，實現采煤機滾筒記憶截割自動調高作業。

3.5.3 遠程通訊。系統以高性能LCP控制器為核心，基于CAN總線的網絡分布式控制系統結構和遠程通訊；CAN總線具有抗干擾性能強、通信速率高、通信距離遠等特點，通信速率最高可達1Mbps，直接通信距離最遠10km，非常適合用作工作面設備到集控中心的數據傳輸。

3.5.4 采煤機遠程監控。采煤機監控軟件設計采用組態軟件設計，以圖形界面動態顯示采煤機的運行狀態，記錄運行參數及故障信息；系統具有手動、定高和記憶截割三種運行模式，用戶可以根據實際情況進行選擇。遠程監控人機界面包括：顯示采煤機截割電流、牽引電流、滾筒采高、采煤機位置等常規參數狀態；具有采煤機滾筒左升、左降、右升、右降、下行、上行、截割啟動、截割停止等操作按鈕；界面劃分為截割曲線欄，運動狀態指示欄，中間信息欄，主控按鈕欄，模式切換欄，報警、參數設置欄，退出。另有快捷鍵說明。

4 結語

綜上所述，綜采工作面采用自動化工作系統，能夠大大減輕工作人員的勞動強度，最大限度地減少工作場所的人員數量，保證工作面人員生命安全，而且能夠提高工作面的回采效率，提高工作面的快速回采，有隱患安全時，能夠及時報警、及時處理，保證礦井的安全高效回采。

參考文獻

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（責任編輯：蔣建華）endprint