自動化控制系統在303綜采工作面中應用分析

張攀峰

（山西煤炭進出口集團左云長春興煤業有限公司，山西 大同 037100）

1 概 述

山煤集團左云長春興煤業有限公司井田內共分東盤區、南盤區、北盤區三個盤區，盤區內回采煤層為22#石炭系煤層，煤層平均厚度為10m，煤層結構復雜。303綜采工作面位于北盤區，工作面走向長度為1800m，傾向長度為230m，由于受工作面南側f11斷層影響，303工作面頭尾順槽沿東南方向施工400m后以135°轉角繼續向東施工1400m到位。

303工作面采用綜合機械化走向長壁后退式大采高低位放頂煤回采工藝，工作面采用型號為ZF13000/25/38型液壓支架進行頂板控制，采用型號為MG500/1180-W采煤機割煤，采用型號為SGZ1200/1400刮板輸送機運煤。由于工作面在回采期間機電設備分散，設備集中控制系統不完善，在回采過程中一般需10～15名操作工對各個設備進行操作維護，且工作面回采效率相對較低。針對這一情況山西煤炭進出口集團左云長春興煤業有限公司對303工作面設計一套自動化集中控制系統，并試運行三個月。

2 綜采面自動化控制系統設計

303綜采工作面主要采用型號為SAM自動化控制系統，系統主要由地面監控室、井下監測站兩大部分組成，地面與井下采用鎧裝光纜進行連接。井下監測站主要設置在303運輸順槽距工作面100m處，隨工作面的推進可隨著前移。井下監測站主要集中控制工作面采煤機監控系統、三機控制系統、液壓支架控制系統、視頻監控系統以及泵站監控系統等。

2.1 液壓支架控制系統

303綜采工作面回采期間液壓支架采用型號為ZE07-01電液控制系統（由中國礦業大學研發），該控制系統主要由壓力傳感器、紅外線發射裝置、行程傳感器、雙線CAN接口等部分組成，壓力傳感器主要安裝在支架立柱上，紅外線發射裝置安裝在采煤機上，行程傳感器安裝在液壓支架推移千斤頂內，從而實現對頂板壓力監測、液壓支架跟隨采煤機自動操作和液壓支架推進量程等功能。同時通過雙線CAN接口及時將液壓支架基本控制功能（如支架閉鎖停止功能、故障顯示及報警功能、跟機自動控制功能等）傳遞至運輸順槽監控站。

2.2 采煤機監控系統

303工作面采煤機在割煤期間通過CAN接口與運輸順槽監控站進行數據接收、傳輸等，從而實現了井下監控站、地面監控中心對采煤機運行過程中的安全參數、回采速度、回采方向、回采位置、采高等進行監測控制。同時通過儲存模塊實現記憶割煤，以及通過液壓支架電液控制系統中的紅外線發射裝置監測采煤機具體位置，并經過主機對收集信息處理后液壓支架控制器及時完成采煤機前方支架自動收縮護幫板、采煤機后方支架自動移架推溜等動作，實現了采煤機跟機自動化作業。

2.3 三機及帶式輸送機監控系統

303綜采工作面三機集中控制系統主要由主控制器、三機開關、隔爆電源箱、遠程控制箱、超溫灑水壓力開關、各種傳感（溫度傳感器、速度傳感器、堆煤傳感器、撕裂傳感器、跑偏傳感器等）、閉鎖等部分組成。主控制器安裝在運輸順槽監控站內采用獨立操作臺，主控制器分別對三機開關實現聯鎖作用。當帶式輸送機出現跑偏、撕帶、堆煤、超溫等故障時，通過RS485通信接口及時將信號傳遞至KTC101型控制器，控制器接收信號后及時對三機開關進行閉鎖作用，并在中控屏上直觀顯示故障類型及故障地點，從而實現三機自動化控制。

2.4 泵站控制系統

303綜采工作面泵站集中控制系統主要由輸入模塊、控制中心、輸出控制模塊等三部分組成，監控站通過以太網通信接口與泵站控制系統進行連接，在泵站控制系統中包含若干個傳感器如壓力傳感器、液力傳感器、油溫傳感器、流量傳感器等，通過傳感器采集信息及時傳遞至運輸順槽監控站，并發出對泵站控制系統中卸載閥打開或關閉指令，從而得到調節系統出口處的乳化液流量、壓力的目的。同時可實現對泵站的單、多臺泵進行啟停控制、數據采集等。

2.5 視頻監控系統

303綜采工作面視頻監控系統主要由礦用隔爆網絡攝像儀（JT-2185F10）、顯示器以及操作臺等部分組成，攝像儀安裝在工作面液壓支架頂梁上，303工作面每10架支架安裝兩臺攝像儀，一臺垂直工作面煤壁安裝，主要對工作面采煤機運轉情況進行監視，另一臺平行工作面布置，主要對工作面傾向動態情況進行監視，攝像儀通過以太網實時將收集畫面信息上傳至視頻監視器，從而實現了監控站及地面控制中心對綜采面可視化監控。

3 應用效果分析

山西煤炭進出口集團左云長春興煤業有限公司北盤區303綜采工作面SAM自動化控制系統試運行三個月，在試運行期間通過系統控制效果發現具有以下優點：

（1）實現工作面機械設備集中控制，降低勞動強度。303工作面在采用該系統前每一臺設備需2～3人進行操作維護，工作面回采期間需15名操作工，而采用集中控制系統后工作面完全實現了無人或少人作業，在試運行期間工作面安排2人進行操作維護，運輸順槽監控站安排1人進行監控，頭尾巷各安排1人進行頂板控制，由此可見大大降低了工作面勞動強度及勞動費用。

（2）加強工作面設備運行數據傳輸。303工作面采用的SAM型自動化控制系統主要通過千兆以太網進行數據傳輸，大大提高了數據傳輸速度及數據傳輸質量。

（3）提高工作面回采效率。303綜采工作面在采用集中控制系統前，在生產班期間設備故障率高，經常影響工作面正常回采，每班平均割煤刀數為3刀，全天割煤刀數為6刀（早、夜班生產班，二班檢修班），而采用SAM自動化控制系統后實現了各個設備集中控制及監測，設備在出現故障前能夠及時發現隱患并及時處理，降低了生產班設備事故率，每班平均割煤刀數增加至5刀，日割煤進度達7m。

4 結語

在303綜采工作面采用SAM自動化控制系統后徹底解決了綜采面設備集中控制效果差、采煤效率低等難題，完全實現了綜采工作面無人或少人作業模式，有效提高了工作面回采效率，降低了機電設備故障率及勞動成本費用，取得了顯著的經濟效益、安全效益。