綜采工作面自動化控制系統在馬蘭礦的應用研究

張曉軍

（西山煤電集團有限責任公司馬蘭礦， 山西 太原 030053）

1 18509 工作面概況

馬蘭礦年設計生產能力400 萬t，為提高礦井的自動化生產能力，在原18509 工作面的基礎上，對綜采工作面采煤機、液壓支架的電液控制系統和自動化系統進行升級改造，實現工作面的自動化開采。18509 工作面采用走向長壁后退式一次采全高全部跨落法的綜合機械化采煤方法，全部垮落法處理采空區，18509 工作面實行“三八制”作業，兩班出煤、一班檢修，工藝流程為割煤→收護幫板→移架→推移刮板運輸機。

結合18509 綜采工作面地質情況和開采工藝要求，配套機電設備選用：一臺MG300/730-WD 型電牽引采煤機；基本架為114 架ZZ6000/18/38D 型電液控支架，機頭、機尾各采用3 架ZZ6000/18/38D 型過渡支架；正巷端頭超前支護為1 組2 架ZT12000/18/38，副巷為4 組8 架ZTC10000/18/38 型超前支架，選用兩臺BRW315/31.5 型乳化液泵站，一部SGZ-800/800 型刮板輸送機，一部SZZ800/315型轉載機及PCM160 型錘式破碎機、DSJ100/60/2×200 型可伸縮膠帶輸送機。

2 自動化綜采工作面的系統構建

馬蘭礦對電牽引采煤機增加割煤記憶功能，實現人工遠程操控，以液壓支架跟隨采煤機自動動作為主，人工遠程干預為輔，以綜采運輸設備集中自動化控制為主，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，遠程干預控制為輔的自動化生產模式，實現“自動作業，有人巡視”，達到工作面少人安全高效開采。系統的實現過程按如下步驟進行：針對18509 工作面現場情況，對自動化集中控制系統、采煤機自動化協同系統、液壓支架、采煤機聯動控制技術、刮板輸送機、轉載機及皮帶運輸機的集中控制保護系統、供電監測系統、供液集中控制系統等技術進行探討，提出對上述系統的功能要求，確立這些系統的控制方案、技術要求和技術參數指標。針對馬蘭礦地質、煤層賦存條件、采煤工藝現場勘查，提出最適合工作面的配套自動化系統解決方案，并對自動化工作面成套設備的技術參數進行計算確定，對設備原有的機械傳動、電路接口進行適配。重點對采煤機、液壓支架、輸送機等關鍵設備，設計遠程集控系統，聯合試運行。

圖1 采煤機自動化協同控制系統圖

3 18509 自動化工作面系統的組成

3.1 采煤機自動協同控制

采煤機的自動協同控制通過遠程操作平臺，基于采煤機主機系統來實現遠程控制，可實現對采煤機的啟停、牽引速度及運行方向的遠程控制、采煤機記憶割煤的遠程起停控制。實現煤流平衡控制、當刮板輸運機負荷超限時，能夠自動實施對采煤機閉鎖控制。采煤機自動控制系統如圖1 所示。

MG300/730-WD 型電牽引采煤機由于自身具有自動化記憶割煤功能和數據傳輸功能，只需提供雙線CAN 或RJ45 或RS485 接口，向綜采自動化控制系統提供遠程控制接口，保證數據實時性，遠程控制延時不大于300 ms；準配傳感器對采煤機的行走速度、定位、滾筒高度進行監控。采煤機遠程操控應實現滾筒升降、左右牽、加減速和遠程急停等功能。

3.2 液壓支架自動控制

液壓支架電控系統采用北京天地瑪珂的SAC型控制系統，通過在控制系統嵌入ARM7 處理器，實現數據的收集、傳輸和處理。

SAC 型液壓支架電液控制系統具有雙線CAN接口，向自動化集控系統提供傳輸率33 kbit/s 的遠程控制接口; 支架電液控制系統遠程控制功能包含單架單動作、成組推溜、成組拉架等動作。在支架電液控制系統的基礎上，實現在工作面順槽監控中心對液壓支架的遠程控制。通過遠程操作臺對液壓支架的遠程操控；系統界面可顯示并實現對液壓支架控制、跟機自動化控制、閉鎖及緊急停止、故障顯示及報警、自動補壓、帶壓移架、礦壓監測、工作面數據集成及上傳、順槽及地面監測、數據分析及信息發布等功能，同時，可顯示工作面的推進度和跟班進度。

3.3 運載設備的集中控制

運載設備的集中控制主要是對刮板輸運機、轉載機、破碎機及膠帶輸送機的遠程起停控制及順序遠程起停控制。工作面語音通信系統與順槽皮帶系統建立數據傳輸功能，實現對運載設備的監控。運載設備控制系統通信圖如圖2 所示。

轉載機自移控制是將端頭支架電液控制與轉載機自移進行關聯控制，在端頭支架推轉載機前，轉載機自移系統提前將轉載機抬起，端頭架推轉載機同時轉載機推移缸伸出，實現轉載機自移。轉載機自移系統可單獨進行電控及遙控控制，轉載機、皮帶機具有遠程操控和報警功能。

3.4 泵站系統的集中控制

泵站系統具備數據傳輸功能，實現與綜采自動化的雙向通信，并向綜采自動化系統提供數據傳輸及遠程控制接口。泵站集中控制系統具有監測泵站出口壓力、泵站油溫、泵站油位狀態、泵站電磁閥動作情況、液箱液位、乳化油油箱油位檢測和數據收集等功能。

圖2 運載設備控制系統通信圖

3.5 超前支架控制

通過在液壓支架的關鍵部位安裝傾角傳感器、激光測距儀、壓力傳感器，實現超前支架遠程及自動控制。壓力傳感器可對立柱的受壓狀態進行監測，為遠程操控提供數據。

4 自動化綜采工作面系統的應用效果

馬蘭礦18509 自動化綜采工作面以工業以太網為基礎，實現了各系統間的無縫連接，提高自動化設備的運行可靠性；通過礦井調度指揮中心，將綜采工作面的采煤機、液壓支架、運輸機和泵站等控制系有機融合，實現高度集中自動化控制；對支架與采煤機能改實現遠程控制，控制延時均在300 ms 以內，大大提高了系統的實用性；系統高度集成，將工作面數據、控制、通訊、視頻等集成為一體，實現系統數據的高速傳輸功能。