煤礦掘進工作面自動化遠程控制技術的研究及應用

(中國平煤神馬集團平頂山天安煤業股份有限公司六礦，河南 平頂山 467000)

0 引言

在我國社會經濟高速發展中，對煤礦能源的生產和消耗都是十分龐大的，為了滿足煤礦資源供應，對煤礦生產工作提出了很高的要求。 由于煤礦生產環境和內容十分復雜，往往煤礦資源生產存在很大的難度，為了提高煤礦生產水平，逐漸投入了煤礦機械自動化設備，而想要充分發揮煤礦機械自動化設備的作用，一定要做好對設備的自動化控制。

1 實例概述

本文就以平煤神馬天安六礦戊9-10-22290風巷掘進工作面皮帶、水泵，風機集控一體化安裝與應用為例進行研究，為建立自動化工作面積累經驗，為實現自動化、智能化、無人化礦井奠定基礎，避免讓更多的員工在危險的環境下工作。

戊9-10-22290風巷地面標高(m)+180～+310，井下標高(m)-610～-617，地面的相對位置為陳家溝。井下相對位置為東部是四六礦邊界，西部是戊二下山保護煤柱，南部是戊8-22290-采空區，北部為實體。巷道上部為戊8-22250采空區，施工期間頂板壓力大，地鼓、幫鼓、頂板下沉明顯。該工作面設計長度為1 805 m，車場外圍運輸系統主要由原戊戊8-22250機車場返修改造而成，主要由出煤道、上山運輸巷、風巷外段運輸巷、風巷一號下山運輸巷、風巷中段運輸巷、風巷二號下山運輸巷、風巷里段運輸巷、切眼八部分組成，意味著將安裝8部膠帶運輸機，該工作面采用綜掘機掘進，風動鉆機打幫錨桿，膠帶輸送機出渣，液壓鉆機施工頂錨及樹脂錨索，采用綜掘機掘進。該工作面水文地質情況中等，水源主要為頂板砂巖含水層、裂隙水及淺部老空水。

面對這種復雜的掘進條件，為了保證工作人員可以進行安全高效的生產工作，相關技術人員需要加強對煤礦智能化工作面進行研究，提高工作中的智能化和自動化，避免讓更多的員工在危險的環境下進行工作。

2 自動化遠程控制技術的實踐及應用

由于該工作面地質條件、施工工藝、運輸系統的復雜性，相關技術人員深入研究制定了一套符合現場實際的技術升級改造方案，決定采用皮帶、水泵、風機集控一體化遠程控制技術。控制部分接入井下的防爆計算機和地面的上位工控機，語音接入傳輸接口上傳到地面的語音對講。 KHP178K的通信端子與KHP178K-Z采用MODBUS RTU協議，硬件使用485進行通信。數據利用TCP協議傳輸，采用網線將數據同時傳入到井下的防爆計算機和地面的集控調度室上位工控機。可選擇不同的操作模式，如可以現場操作、井下控制室KHP178K-Z上控制操作、在防暴計算機上監控操作、在地面上位機監控操作。 KHP178K-Z主要由10.2寸觸摸屏、西門子PLC 、語音模塊、光纖K塊組成，可以穩定控制皮帶運行，水泵開關停開、風機倒臺等功能還具有語音播報、打點、通話功能。

2.1 井下皮帶的集控系統

煤礦井下運輸離不開膠帶，為了確保煤炭資源傳送的連續性，必須要提高帶式運輸機的運輸量及安全性，經過相關人員的不懈努力，該工作面運輸成功實現集中控制。計算機的分布控制系統作為本煤礦膠帶的運輸的集中控制系統，在實際應用中發揮著良好的作用。皮帶集控主要由KHP178K煤礦用帶式輸送機保護控制裝置(每個皮帶配置1臺)、KHP178K-Z1臺和若干皮帶保護傳感器、語音信號器等組成。 控制部分接入井下的防爆計算機和地面的上位工控機，語音接入傳輸接口上傳到地面的語音對講裝置。

戊9-10-22290風巷將巷道內的8部皮帶的KHP178K煤礦用帶式輸送機保護控制裝置連接起來，在第三部皮帶設立井下總終端控制點，井下操作人員可在此處進行皮帶的操作。然后由網線經井下的信息接收器傳至地面的上位工控機，實行井下與地面雙監控、雙管理，達到了8部皮帶的正常運轉與檢測。

主站、 檢測傳感等都是控制系統的重要組成部分，一般在膠帶機的現場對控制分站進行安裝，這樣就能對膠帶機進行有效的控制，提升對信號的檢測效率，對設備進行可靠的控制；在對膠帶機進行控制時，不同的膠帶機有不同的分站，實現對膠帶機的單獨控制。 在井下集中控制室中是主站的布區域，在對膠帶運輸系統進行控制時，可以分為手動與自動2種方式，一旦在運行過程中出現故障，就會對發生故障的位置與性質進行顯示，還能夠實現對膠帶機和給煤機等啟停以及相關皮帶問閉鎖控制等的遙控。 同時該系統在實際運行中，還能對物料的探測、 膠帶的速度和跑偏與溫度的保護等進行檢測，這樣就能極大地提升煤礦機作業時的可靠性與安全性。

2.2 掘進工作面風機、運輸聯動集控系統

由風機控制器KHP178K(每組風機配置1臺)、1個KHP178K-Z和風筒傳感器、瓦斯傳感器、電流互感器組成，KHP178K和KHP178K-Z之間采用MODBUS RTU通信協議，RS485通信的A、B選用礦用屏蔽電纜。接線板的控制AB和語音AB都是直通接法，控制部分接入井下的防爆計算機和地面的上位工控機，語音接入傳輸接口上傳到地面的語音對講裝置。

井下風機控制器與下井皮帶終端控制器相連接，終端控制器可滿足井下操作人員操作皮帶時同時對風機進行監控管理。風機的管理權限也由井下的信號接收器傳輸到地面，避免了因風機出現故障，井下人員不能及時發現造成事故，可由地面的上位工控機及時發出警告，地面人員及時發現進行處理并通知井下人員，不但實現了遠程控制也實現了地面、井下雙重監測動態管理的目的，而且還進一步縮短了故障排除時間，確保了設備正常運轉率。

2.3 水泵集控系統

由于該備用工作面水文地質條件復雜和地理位置特殊及巷道走線長度遠，巷道積水點較多，因此需多臺水泵聯鎖抽水才能達到安全生產標準化的要求。水泵集中控制系統由KHP178K(每個水泵配置1臺)、1個KHP178K-Z和液位傳感器(每個水泵配置1臺)、電流互感器組成，KHP178K和KHP178K-Z之間采用MODBUS RTU通信協議，RS485通信的A、B選用礦用屏蔽電纜。接線板的控制AB和語音AB都是直通接法，控制部分接入井下的防爆計算機和地面的上位工控機，語音接入傳輸接口上傳到地面的語音對講裝置。

目前戊9-10-22290風巷只有1臺固定15 kW水泵。井下水泵控制器與下井皮帶終端控制器相連接，終端控制器可滿足井下操作人員操作皮帶時同時對水泵進行監控管理。水泵的管理權限也由井下的信號接收器傳輸到地面。水泵設置有自動感應器，在水位達到設定水位線時，水泵會自動開啟進行抽水作業，也可由地面的上位工控機設置定時抽水功能。

在戊9-10-22290風巷進行交面后，巷道內會設置多部水泵，采用水泵集控后，可大大避免了人工巡查抽水的浪費及因抽水不及時所造成的事故影響。

3 煤礦采掘設備集群控制的技術優勢

1)減人。通過集控的自動化改造，讓設備代替司機和巡檢人員值班，可以大大減少采掘皮帶巷道的工作人員。

2)節能。通過集控的自動化改造，控制主機根據傳感器采集的信號，可實現有煤逆煤流開皮帶，無煤可以順煤流開皮帶，皮帶拉空自動停車的功能，可以有效減少皮帶機空轉帶來的電能浪費。

3)增效。通過自動化監測監控，提高采掘皮帶工作的穩定性和可靠性，可以有效減少皮帶機空轉帶來的設備磨損，延長設備壽命，減少皮帶托輥等耗材用量。

4)及時。發現風機故障，水泵水位過高，能夠及時由地面的上位工控機發出警報，及時處理故障，通知井下人員進行故障查詢。

4 結語

現階段，我國煤炭的開采率仍然無法滿足我國工業發展的需求，并且煤礦開采工作中，也會因為設備的老化、礦井環境等多方面因素的影響，而為工作人員帶來威脅，只有良好的運用煤礦設備自動化技術，才能夠真正地提升煤礦設備的安全性能與穩定性能，從而確保工作人員的安全，進一步提高煤礦開采工作的效率。