煤礦連采設備的自動化應用研究

摘要：對煤礦連采設備的運行原理與使用要求進行了分析，提出了該設備的自動化應用方法，并對該設備未來發展前景進行了展望，力求通過搭建井下自動化工業環網、優化供電設備接口、給料破碎機改造升級等，使該設備獲得更大的發展。

關鍵詞：煤礦;連采設備;自動化

0 ? ?引言

隨著科技飛速發展，煤礦生產的機械化程度逐漸提升，為了提高煤炭開采量，各大企業積極引入先進的科學技術，其中連采設備朝著自動化方向迅猛發展，在全國范圍內得到了普及和應用。在煤礦生產中引入連采自動化控制系統，可遠程監測和控制連采設備運行，使煤炭開采效率得到進一步提升。

1 ? ?煤礦連采設備運行原理與使用要求

煤礦連采設備主要應用于煤礦開采與巷道掘進中，具有截割、裝載、噴霧除塵等多項功能，以模塊式部件為主，適用于厚度較大的煤層，便于后期維修。該設備主要由截割、裝煤、運煤、液壓與電氣等系統構成，采用橫軸式滾筒截割機構，將兩臺交流電機安裝在截割臂中，利用扭矩限制器與齒輪減速箱進行驅動，使左右滾筒旋轉后落煤;液壓缸對滾筒升降具有控制作用;裝煤部分包括裝載耙爪、鏟煤板，前者在減速器驅動下運動，減速器還可帶動刮板運送機運行，依靠裝載耙爪的力量，將滾筒割下的煤運送到輸送機中。

連采設備的使用要求如表1所示。

該設備適用于埋深較淺的礦井邊角煤的開采以及回采巷道，煤層厚度在3.5 m以上，傾角不超過12°，煤層頂板穩定，允許暴露面積50 m2，底板具有較強的抗壓性。據調查，在我國158個礦井中有94個符合該設備的采煤標準，總煤層可開采量超過6 000萬t。此外，有170個煤層符合采煤標準，總煤炭存儲量達1.8×109 t。由此可見，該設備應用范圍廣，應對此加強重視，積極引進連采技術與設備，以最低的成本開采出更多的煤炭資源[1]。

2 ? ?煤礦連采設備的自動化應用措施

2.1 ? ?工作面信息技術應用

現階段，連采工作面自動化主要體現在以下幾個方面：

（1）遠程視頻監控。為連采工作面遠程控制人員提供仿真視覺效果，支持遠程指導生產、輔助遠程控制等功能。

（2）集中控制中心。在工作面安全區中設置集控中心，通過網絡對連采設備運行情況進行實時監控，對故障信息、運行數據、視頻等進行采集和處理，結合連采工作流程，構建高效控制機制，實現手動和自動控制，根據設備運行情況，實現設備聯鎖、協調控制、閉鎖保護等功能。

（3）故障診斷和預測。單機設備運行是自動化核心，通過對工作面設備運行狀態進行全面監測，積累歷史數據，通過大數據分析，判斷關鍵部件的平均壽命與故障數據等，通過挖掘大數據背后共性規律，構建故障診斷與預測系統。

2.2 ? ?供電系統

該系統的主要作用在于將連采工作面涉及的所有供電設備進行匯總，納入到供電圖中，即整個礦井中全部設備根據供電拓撲關系在相同的畫面中表現出來，操作人員可利用鼠標滾輪對各個區域進行查看和調整，掌握整個礦井供電網絡的信息，還可對故障電路進行模擬，判斷受影響的范圍，幫助搶修人員在較短時間內準確找到故障點，節省故障時間，為故障診斷與檢修提供極大便利，切實保障礦井安全。在供電圖中，操作者可對井下各項供電設備進行遠程監控和分合閘，實時了解各臺設備的運行狀態，例如，某連采工作面通風機的供電系統出現異常，受故障影響而停機，調度中心將在第一時間接到報警，由操作者及時查看報警內容，確定故障點;調度人員可根據實際情況，指揮井下工人避災，在最短時間內使設備恢復運行，并確保工人的人身安全[2]。

2.3 ? ?連采單機設備

針對以往連采單機設備中存在的“信息孤島”情況，構建單機信息化系統，為工作面自動化創造基礎條件，單機設備包括3種運行模式，分別為遠程、就地與自動控制，由操作人員根據工程實際需求靈活調整。當設備處于自動模式時，連采機運輸機以檢測梭車位置為依據自動運行，在啟動之前發出語音提示，在啟動后閃爍紅光報警，當運輸系統自動停車后，紅燈才滅;當設備處于遠程控制模式時，調度人員在PSI平臺上可對連采機、梭車、破碎機、皮帶進行實時監控，當設備啟動后，畫面將自動變成綠色，當設備停止時，變為黃色，當設備故障時，變為紅色，通過實時監測確保設備始終處于健康的運行狀態。在工作面中其他運行設備同樣受到監測，使設備運行效率顯著提升，還可達到減員增效目標，切實保護工作環境。連采單機設備的主要功能如下：

（1）設備運行數據采集、處理、顯示與存儲，包括視頻數據與狀態數據;

（2）對視頻數據、音頻數據、運行數據進行遠程控制;

（3）與設備運行實際情況相結合，對單機開啟、暫停與特定動作進行控制;

（4）具有多臺設備聯動、閉鎖功能，可提高生產效率，確保生產安全。

3 ? ?煤礦連采設備自動化應用前景

我國許多資源受地理位置、技術水平等因素影響，開采難度較大。未來應加強技術創新，提高連采自動化水平，進一步開拓連采設備廣闊的發展前景。

3.1 ? ?搭建井下自動化工業環網

工業環網即工業以太網，是指將以太網引入到工業控制中的局域網技術，以星型、總線、環形作為拓撲結構，包括連采機割煤、裝煤;梭車運煤、破碎機以及皮帶運行等，掘進設備分布具有分散性，需要搭建井下工業環網，才可實現連采自動化控制，使膠帶機頭部、交換機與配電硐室以環網形式相互連接，當某點出現故障時，不會對其他設備自動化控制產生不良影響，為連采系統運行創設安全可靠的工作環境[3]。

3.2 ? ?優化供電設備接口

在連采工作面中，通常情況下配電點設置在局部通風機周圍的聯巷中，主要包括風機移變、專用移變、梭車移變等，且設備分布較分散，與采集箱間的距離較遠，設備搬家較為頻繁，主運與供電設備以RS485通信方式為主，一些老舊設備無法實現通信，且不能在工業環網中直接傳輸，需對串口服務器進行轉化。未來應將連采系統中的串口服務器改為GW1104-4DI型號，可順利實現RS-232/485/422與TCP/IP間的數據傳輸，可有效實現網絡連接。

3.3 ? ?給料破碎機改造升級

一是在電控箱中加入電磁閥驅動板、模擬量輸入模塊等，并增加電磁控制閥、配套膠管與接口等，可通過手動與自動兩種控制方式進行轉載運輸;二是在破碎機機身處設置紅外線接收器，在梭車上安裝紅外發射器，當兩者相距10 m時，接收器可接收到信號，此時PLC控制器啟動，破碎機開始報警，并自動啟動;當梭車卸料完畢后，破碎機根據之前設定的時間延時停機;三是對破碎機中標準的Modbus RTU協議RS485接口進行改進，將數據采集箱接入其中，借助環網交換機將數據傳輸到調度中心，完成地面遠程控制與監測工作[4]。

4 ? ?結語

在新時期背景下，連采設備自動化應用可使煤礦開采效率得到顯著提升，PSI系統、膠帶機監控、通信系統等設備的引入，可實時掌握各個設備運行狀態與參數，不但能減少人力資源的浪費，還可顯著提高設備運行效率，在自動化技術的支撐下，順利達到減員增效的目標。

[參考文獻]

[1] 張登山，任文清，梁占澤.大柳塔煤礦連采設備集控運行的研究及應用[J].陜西煤炭，2017（S1）：73-78.

[2] 索智文.A煤礦連掘一隊連采掘進設備開機率提升問題研究[D].天津：天津大學，2018.

[3] 孫培瑚.小龍潭露天煤礦連采成套設備概況[J].起重運輸機械，2018（4）：9-18.

[4] 邵建.連采設備視頻監控系統的應用及連采工作面信息化發展的探討[J].內燃機與配件，2018，270（18）：220-222.

收稿日期：2020-02-05

作者簡介：陳建飛（1991—），男，陜西蒲城人，助理工程師，研究方向：煤礦自動化開采。