綜采集控系統(tǒng)在大柳塔煤礦的應(yīng)用

白瑞強(qiáng)

(神華神東煤炭集團(tuán)公司神東露天煤礦，陜西 神木 719315)

0 引言

隨著采礦工程技術(shù)的發(fā)展，煤礦安全生產(chǎn)管理也由粗放型向精細(xì)化方向轉(zhuǎn)變。大柳塔煤礦綜采工作面在有限的人員定編的情況下，生產(chǎn)班組的工人勞動(dòng)強(qiáng)度較大，設(shè)備操作、檢修效率較低且存在安全隱患，得益于神東礦區(qū)煤層厚度大，傾角小，設(shè)備可靠性高等優(yōu)勢(shì)以及“機(jī)械化換人，自動(dòng)化減人”的行業(yè)導(dǎo)向，綜采工作面設(shè)備集中監(jiān)測(cè)監(jiān)控成為適應(yīng)煤礦安全生產(chǎn)管理轉(zhuǎn)型的趨勢(shì)。

1 52305綜采工作面現(xiàn)狀

1.1 設(shè)備配套及設(shè)備數(shù)據(jù)采集接口

52305綜采工作面設(shè)備配備情況見(jiàn)表1?？梢钥闯?，采煤機(jī)與支架、配套三機(jī)的通信接口類型不同。

1.2 設(shè)備供電情況

10 kV主干線路由52煤中央變電所不同段引出，引至工作面6臺(tái)移變。其中，一趟線路通過(guò)3臺(tái)運(yùn)輸機(jī)移變、3臺(tái)變頻驅(qū)動(dòng)器與1臺(tái)工作面排水移變、饋電開(kāi)關(guān)給運(yùn)輸機(jī)和排水設(shè)備供電，另一趟線路通過(guò)煤機(jī)/轉(zhuǎn)載機(jī)/破碎機(jī)用移變、3300聯(lián)立開(kāi)關(guān)與泵站用移變、1140聯(lián)立開(kāi)關(guān)給煤機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、泵站設(shè)備供電，圖1為綜采工作面供電系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。

1.3 設(shè)備運(yùn)行邏輯

為保證人員、設(shè)備的安全，根據(jù)綜采工作面設(shè)備操作規(guī)程，設(shè)備啟動(dòng)順序是泵站工作→順槽膠帶機(jī)啟動(dòng)→破碎機(jī)啟動(dòng)→轉(zhuǎn)載機(jī)啟動(dòng)→刮板運(yùn)輸機(jī)啟動(dòng)→煤機(jī)、支架工作。設(shè)備停止順序與啟動(dòng)順序相反。

1.4 勞動(dòng)組織形式

目前，大柳塔煤礦井下綜采工作面的勞動(dòng)組織形式由檢修班與生產(chǎn)班2個(gè)班組組成，生產(chǎn)班組的作業(yè)人員12人。各崗位工種、人員配置及職責(zé)見(jiàn)表2。

圖1 綜采工作面供電系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

綜采采煤工作面長(zhǎng)300 m，順槽設(shè)備列車49節(jié)，長(zhǎng)180 m，控制臺(tái)電工崗位監(jiān)護(hù)范圍廣，作業(yè)過(guò)程中勞動(dòng)強(qiáng)度較大且不安全，設(shè)備存在隱患也不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，設(shè)備故障排除時(shí)間較長(zhǎng)，工效低。根據(jù)以上現(xiàn)狀有必要對(duì)綜采工作面設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)監(jiān)控，保證安全生產(chǎn)。

2 綜采集控改造方案

2.1 網(wǎng)絡(luò)組建

設(shè)備列車處放置防爆PLC控制柜，柜內(nèi)安裝PLC成組模塊、交換機(jī)、光電轉(zhuǎn)換模塊等，實(shí)現(xiàn)設(shè)備層的數(shù)據(jù)采集與控制，同時(shí)與井下工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)地面調(diào)度室對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)監(jiān)控。組網(wǎng)簡(jiǎn)圖如圖2所示。

2.2 設(shè)備控制與數(shù)據(jù)采集

大柳塔煤礦井下綜采工作面機(jī)電設(shè)備種類多，生產(chǎn)廠家不同，設(shè)備通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)不同，給綜采集控改造帶來(lái)了困難。為了保證集控改造后的系統(tǒng)使用安全、可靠，軟硬件的管理維護(hù)方便、快捷，礦技術(shù)人員組織設(shè)備生產(chǎn)廠家技術(shù)人員多次開(kāi)會(huì)研究論證，最終確定的設(shè)備控制與數(shù)據(jù)采集方案為轉(zhuǎn)載機(jī)(3300開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng))、破碎機(jī)(3300開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng))、運(yùn)輸機(jī)(變頻變壓器+變頻器驅(qū)動(dòng))、泵站(1140開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng))的控制通過(guò)硬接線與華寧控制器連接，再與PLC的I/O模塊硬接線連接，通過(guò)華寧控制器的旋鈕開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程/就地控制切換，實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)、變頻器的控制，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)通過(guò)Modbus標(biāo)準(zhǔn)485協(xié)議通訊采集；移變、饋電開(kāi)關(guān)、照明綜保、電液控制閥、高壓過(guò)濾站等設(shè)備采用的是Modbus標(biāo)準(zhǔn)485協(xié)議通訊，實(shí)現(xiàn)控制與數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)；煤機(jī)、泵站、運(yùn)輸機(jī)用變頻器采用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)；液壓支架通過(guò)BB2244+以太網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)壓力數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)。對(duì)不具備以上方案的設(shè)備進(jìn)行設(shè)備調(diào)劑更換或改造，具體情況見(jiàn)表3。

表1 設(shè)備配套及設(shè)備數(shù)據(jù)采集接口

表2 綜采工作面生產(chǎn)班勞動(dòng)組織形式

圖2 監(jiān)測(cè)監(jiān)控組網(wǎng)簡(jiǎn)圖

2.3 新增視頻監(jiān)控點(diǎn)

在綜采工作面機(jī)頭安裝兩臺(tái)攝像儀，一臺(tái)攝像儀監(jiān)控煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行情況，一臺(tái)攝像儀監(jiān)控轉(zhuǎn)載機(jī)卸料口工作狀況；在順槽膠帶機(jī)機(jī)尾安裝一臺(tái)攝像儀用于監(jiān)控膠帶機(jī)機(jī)尾運(yùn)行情況，在馬蹄爾處安裝兩臺(tái)攝像儀，分別用于監(jiān)控卸料口堆煤、堵大塊與皮帶跑偏撒煤等情況。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控工作面機(jī)頭、膠帶機(jī)機(jī)尾以及馬蹄爾位移。

表3 設(shè)備調(diào)劑更換或改造情況

2.4 數(shù)據(jù)集成及平臺(tái)建設(shè)

控制類信號(hào)通過(guò)AB公司Logix5000PLC進(jìn)行交互，監(jiān)測(cè)類數(shù)據(jù)通過(guò)赫茲曼工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)采集。監(jiān)測(cè)監(jiān)控平臺(tái)分現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控平臺(tái)和調(diào)度室遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)監(jiān)控平臺(tái)，綜采工作面現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控平臺(tái)采用的是RSview 32漢化版，作為低一級(jí)別子系統(tǒng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控組態(tài)軟件使用，監(jiān)測(cè)監(jiān)控邏輯關(guān)系基本局限在子系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備之間；調(diào)度室遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)監(jiān)控平臺(tái)采用的是德國(guó)PSI系統(tǒng)，集成采掘(綜連采)、機(jī)電(供電供排水)、主運(yùn)、安全(通風(fēng)、安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控)等礦井安全生產(chǎn)相關(guān)的各個(gè)子系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)監(jiān)控邏輯關(guān)系涵蓋子系統(tǒng)內(nèi)部以及子系統(tǒng)之間，負(fù)責(zé)生產(chǎn)指揮、決策、編程、應(yīng)急指揮、集中控制、智能關(guān)聯(lián)分析等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃協(xié)同和資源共享。

3 實(shí)現(xiàn)的功能及效益

3.1 實(shí)現(xiàn)的功能

遠(yuǎn)程畫面監(jiān)控：泵站、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、1140開(kāi)關(guān)、3300開(kāi)關(guān)、移變、饋電、照明綜保、馬蹄爾、高壓過(guò)濾站等設(shè)備遠(yuǎn)程集中組態(tài)畫面監(jiān)測(cè)監(jiān)控，煤機(jī)、液壓支架等設(shè)備遠(yuǎn)程集中組態(tài)畫面監(jiān)測(cè)。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與顯示：各改造設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與實(shí)時(shí)顯示，并經(jīng)過(guò)邏輯推理形成綜采工作面生產(chǎn)日志。

設(shè)備運(yùn)行管理：針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備生產(chǎn)關(guān)系及組織架構(gòu)，自動(dòng)采集設(shè)備停機(jī)時(shí)間及電氣故障信號(hào)，形成停機(jī)記錄；對(duì)獲取到的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)及運(yùn)算，并以圖表的形式展示給礦級(jí)、區(qū)隊(duì)級(jí)管理人員；宏觀反應(yīng)綜采工作面生產(chǎn)狀況，方便礦級(jí)、區(qū)隊(duì)級(jí)管理人員合理安排生產(chǎn)；形成設(shè)備運(yùn)行日志，為檢修保養(yǎng)及故障維修提供數(shù)據(jù)依據(jù)；反映區(qū)隊(duì)級(jí)班組班次設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)。

原煤生產(chǎn)管理：反應(yīng)原煤日、月、年的生產(chǎn)情況，了解生產(chǎn)、檢修時(shí)間比列，倉(cāng)滿影響程度；記錄采煤機(jī)作業(yè)循環(huán)狀態(tài)，統(tǒng)計(jì)每個(gè)作業(yè)狀態(tài)位置及煤機(jī)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，考核采煤生產(chǎn)工藝。

設(shè)備績(jī)效管理：記錄設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)的電流情況，對(duì)皮帶電機(jī)負(fù)載情況、設(shè)備停機(jī)時(shí)長(zhǎng)等進(jìn)行周期性統(tǒng)計(jì)并計(jì)算，制定相關(guān)KPI指標(biāo)、可靠性指標(biāo)；通過(guò)儀表盤、折線圖、柱狀圖的方式，展現(xiàn)各個(gè)KPI指標(biāo)，方便對(duì)比分析。

設(shè)備能耗管理：通過(guò)對(duì)井下各設(shè)備電流電壓數(shù)據(jù)的讀取并做周期性統(tǒng)計(jì)，形成相關(guān)供電數(shù)據(jù)，計(jì)算噸煤電耗，衡量設(shè)備電耗成本。

3.2 經(jīng)濟(jì)、安全、管理效益

節(jié)省勞動(dòng)力：通過(guò)增加工作面機(jī)頭看大塊視頻點(diǎn)、順槽膠帶機(jī)機(jī)尾視頻監(jiān)控點(diǎn)、馬蹄爾位移視頻監(jiān)控點(diǎn)以及設(shè)備集中遠(yuǎn)程監(jiān)控，將機(jī)頭看大塊崗位、馬蹄兒司機(jī)崗位、控制臺(tái)電工崗位實(shí)現(xiàn)“三崗合一”，單班減少崗位人員2人，圓班減少崗位人員4人，年減少用工工資60萬(wàn)元。

節(jié)省纜線運(yùn)維費(fèi)：通過(guò)無(wú)線WiFi代替動(dòng)力電纜載波傳輸采煤機(jī)數(shù)據(jù)，每年減少動(dòng)力電纜更換次數(shù)2次，年減少電纜材料費(fèi)、更換人工費(fèi)等約20萬(wàn)元。

提高了安全性：減少了作業(yè)人員，設(shè)備進(jìn)行了集中監(jiān)測(cè)監(jiān)控，提高了人員、設(shè)備的安全性，保證了礦井的安全生產(chǎn)。

生產(chǎn)效率最大化：通過(guò)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、歸納、總結(jié)等一系列邏輯運(yùn)算，形成了設(shè)備運(yùn)行管理、原煤生產(chǎn)管理、設(shè)備績(jī)效管理、設(shè)備能耗管理等方面的圖表、報(bào)表，方便礦級(jí)、區(qū)隊(duì)級(jí)、班組級(jí)3級(jí)管理人員合理安排生產(chǎn)、檢修，使安全生產(chǎn)效率最大化。

3.3 存在的問(wèn)題及改進(jìn)措施

該系統(tǒng)在使用中存在著制約安全生產(chǎn)的問(wèn)題，共梳理問(wèn)題6條，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，見(jiàn)表4。

表4 存在問(wèn)題及改進(jìn)措施

4 結(jié)語(yǔ)

綜采集控系統(tǒng)是立足于高產(chǎn)、高效采煤實(shí)踐基礎(chǔ)上，通過(guò)理論和技術(shù)創(chuàng)新，運(yùn)用“機(jī)械化換人，自動(dòng)化減人”煤礦建設(shè)新思路，積極探索適合神東礦區(qū)規(guī)?；a(chǎn)的“少人、無(wú)人”理念而研發(fā)的綜采信息自動(dòng)化集中控制系統(tǒng)。它首次將綜采眾多設(shè)備集成在一個(gè)人機(jī)交互平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一的控制與監(jiān)測(cè)，是神東高產(chǎn)高效模式的又一亮點(diǎn)。通過(guò)在大柳塔煤礦52305工作面的試運(yùn)行，該系統(tǒng)在煤礦安全管理、減員提效方面的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)凸顯，通過(guò)在下一個(gè)工作面運(yùn)行的不斷改進(jìn)與完善，該系統(tǒng)將在煤礦安全生產(chǎn)方面發(fā)揮更大的作用，并引領(lǐng)智慧煤礦建設(shè)的新方向。