自動化控制系統在綜采工作面的研究及應用

白治新

摘要：目前，我國的科技發展十分迅速，工作面運輸自動化控制系統包括井上主機控制系統通過局域網連接井下控制系統，井下控制系統包括防爆型計算機，由計算機控制的人機交互裝置和多個功能模塊；人機交互裝置包括操控臺和監視器；多個功能模塊包括可編程序控制器模塊、視頻模塊、通訊模塊、音頻模塊和電源模塊，其中可編程序控制器模塊連接工作面運輸設備，控制工作面運輸設備的啟停；僅增加和改造一些設備，在工作面設備列車控制，運輸系統實現了無人值守，不僅可以節能降耗、減人增效，使地面生產調度室工作人員可以隨時了解井下工作面的安全生產情況，提升了科學的生產管理手段，最大程度地提高運輸生產設備的開機率及效率，實現連續高產高效。

關鍵詞：綜采工作面；自動化；控制系統

引言

該技術是工作面運輸自動化控制系統包括井上主機控制系統和井下控制系統，井上主機控制系統通過局域網連接井下控制系統，井下控制系統包括防爆型計算機，由計算機控制的人機交互裝置和多個功能模塊；人機交互裝置包括操控臺和監視器；使用該系統技術后工作面可實現日常采煤生產過程，實現以采煤機記憶模式割煤為主，人工操作為輔；以綜機支架跟隨采煤機自動控制為主，人工操作為輔；以綜采工作面運輸設備自動控制為主，就地控制為輔；以綜采設備數據監測為主，視頻監控為輔；即“以工作面自動控制為主，人工操作控制為輔”的自動化模式；達到生產工作面少人安全高效開采多個功能模塊包括可編程序控制器模塊、視頻模塊、通訊模塊、音頻模塊和電源模塊，其中可編程序控制器模塊連接工作面運輸設備，控制工作面運輸設備的啟停；僅增加和改造一些設備，在工作面設備列車控制，運輸系統實現了無人值守，既可以節能降耗又能減人增效，還可以實現提升自動化控制水平，更能有效地降低安全管理成本。

1背景技術

原有帶式輸送機是一種摩擦驅動模式設備，以連續方式運輸物料的機械設備，從最初的供料點到最終的卸料點間形成一種物料的輸送方式，帶式輸送機是煤礦最理想的高效連續運輸裝備，與其他運輸設備相比，具有可實現輸送距離長、運量大、連續輸送等優點，而且運行可靠，但是工作面運輸自動化和集中控制一直是薄弱點，尤其對高產高效生產煤礦而言，地面調度室指揮工作人員不能及時了解生產現場的安全生產現狀，地面與井下生產工作面不能實現直接對話，工作面的安全只能靠現場工作人員，沒有監控控制設施。缺少將所有工作面生產設施設備控制系統及供電系統有機結合起來，不能實現在工作面集控中心對工作面綜采設備的集中監測和遠程自動化控制功能。

2綜采工作面自動化系統的應用的技術方案

（1）順槽監控中心順槽監控中心配置采煤機遠程控制主機、液壓支架遠程控制主機、支架操作臺和集控操作臺、工作面視頻監控顯示器等。在順槽實時監控各設備運轉情況，通過“一鍵”啟停按鍵對工作面綜采設備按照自動化程序順序啟停，實現在順槽對工作面設備工況監測和遠程集中操控。（2）自動跟機移架及液壓支架電液控制液壓支架自動跟機移架通過光纖陀螺儀、水平位移傳感器、傾角傳感器的安裝和使用，對刮板機和采煤機的二維姿態、液壓支架的高度和三維姿態進行實時監測，再通過識別采煤機運行方向和位置，從而實現液壓支架隨開采自動移架。采用SAC型支架電液控制系統控制液壓支架，該系統主要包括位置傳感器、支架電液控制閥、紅外線發送及接收器、推移行程傳感器、測高傳感器、控制器、支架立柱壓力傳感器及信號轉換裝置等。該系統可實現自動噴灑水、液壓支架拉架、升架及降架、伸縮護幫板、拉后部輸送機及推移淺部輸送機等功能。（3）采煤機記憶截煤主要是指采煤機能夠按照存儲記憶中的參數自動運行，從而實現無人操作。先由采煤機司機操作截煤示范刀，然后采煤機對其軌跡參數進行記憶。通過記錄工作面示范刀及煤層變化曲線，采煤機自動按照記憶的曲線和工藝截煤，在地質條件變化大、頂板破碎時輔助人工遠程干預。（4）供液系統自動化控制自動化供液系統由控制系統、乳化液泵站、乳化液配比系統、回液過濾站、噴霧泵站、自動反沖洗清水過濾站、清水箱、回液箱及混合液箱等組成。該系統通過乳化液濃度自動配比系統和防滲透水處理系統保證供液質量；采用電磁卸載和變頻控制結合方式，可達到恒壓供液及快速供液的目的。系統基本工作原理為：首先控制系統接收壓力傳感器發出的壓力信號，再根據其變化情況對工作面用液需求進行判斷，從而自動啟停乳化液泵站。（5）全工作面視頻覆蓋工作面視頻圖像監控系統是實現工作面可視化的重要組成部分。在液壓支架及部分關鍵位置，安裝礦用夜視、低照度、高清晰的本質安全型網絡攝像頭，具備紅外補光、云臺和視頻自動跟機等功能，完成對煤壁和工作面的監控，為遠程操作人員提供實時監視信息，便于及時掌握工作面情況。（6）語音、視頻和數據的網絡傳輸建立綜采工作面百兆以太網，主要由本質安全型綜采綜合接入器、本質安全型交換機、礦用隔爆兼本質安全型穩壓電源和礦用光纜等組成。通過工作面百兆以太網絡平臺將綜采工作面語音、視頻和數據傳輸到順槽監控中心，再通過礦井現用工業以太環形網絡傳輸到地面調度室。

3實現功能及實施效果

3.1實現功能

（1）實現了綜采工作面液壓支架的自動移架功能。（2）實現了在地面調度中心及工作面順槽監控中心對綜采工作面的遠程操控及實施監測功能。（3）實現了智能配液和集中供液功能。（4）實現了采煤機的遠程操控及記憶截割功能。

3.2應用效果

視頻模塊和音頻模塊分別控制所述工作面視頻系統和工作面語音通訊系統的運行；工作面視頻系統包括網絡攝像頭、視頻監視器和視頻操作臺，動態、實時顯示全部系統所有膠帶運輸機狀況，系統保護具有尋址功能，顯示故障對應地址位置；還包括保護系統包括設置在膠帶機驅動滾筒的溫度保護、煙霧保護和自動灑水裝置和設置在煤倉的雷達料位儀，膠帶輸送機沿線均勻設置多個急停保護裝置，可實現膠帶機驅動滾筒防滑、堆煤，且能實現在工作面集控中心對工作面綜采設備的集中監測和遠程自動化控制技術。井上主機控制系統包括數據監控主機、視頻監控主機、上交換機和井上環網交換機與井下環網連接。本技術的優點在于工作面運輸自動化控制系統在現有井下皮帶運輸線設備基礎上，僅增加和改造一些設備，在工作面設備列車控制，運輸系統實現了無人值守，不僅可以節能降耗、減人增效，而且還可以提升自動化管理水平，有效地降低管理成本。提高采煤效率、提高資源的利用率、降低采煤人員的勞動強度、提高煤礦的安全生產水平，達到工作面生產過程自動化、采煤工藝智能化、工作面管理信息化，是現代化煤礦高效、安全、綠色生產的必由之路。現已在山東能源棗礦集團七五煤礦、田陳煤礦新安煤礦試點使用，準備在多個煤礦推廣應用。

結語

綜采工作面自動化控制系統在硯北煤礦的示范應用，實現了采煤機記憶截煤、液壓支架的自動跟機移架、刮板輸送機的自動跟機推移、工作面智能型集成供液等功能。但受煤巖識別、工作面環境等條件的制約，在工作面視頻防塵、防霧、煤巖識別、人員識別和精確定位、傳感器的穩定性、可靠性和適應性等方面還需進一步研究改進。

參考文獻

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（作者單位：徐礦集團新疆賽爾能源有限責任公司）