SAM 型綜采工作面智能控制系統的實踐應用

谷偉強

（同煤集團挖金灣煤業公司，山西 大同 037003）

1 工程概況

1.1 基本情況

同煤集團挖金灣礦8102 綜采自動化工作面沿3#煤布置，屬中灰、低硫的優質貧、瘦煤，煤層軟，瓦斯大，結構多，底板軟，頂板壓力大。地面標高1522～1629 m，工作面標高996～1004 m；煤層厚度2.90～4.05 m，平均煤厚3.47 m，煤層傾角1～3°，平均傾角2°；可采指數1.00；變異系數31%。8102 工作面走向長度1 464.8 m，采長230.2 m，面積337 196.96 m2。

8102 綜采自動化工作面采用SAC 型液壓支架智能控制系統、SAC 智能集成供液系統、MG400/930-W 采煤機等設備，通過工業以太環網，將工作面所有設備信息進行整合集成，完成數據采集、傳輸、遠程集中控制功能。并通過WEB 服務、交換設備等與局域網進行數據交換和信息共享，為現場管理提供量化的、精準的管理依據，為設備的正常運行及故障診斷提供科學理論指導。

1.2 工作面綜采設備

工作面綜采設備配套情況：液壓支架—ZTZ25000/18/5 型2 架超前支架，ZY6800-18/37 型157 架基本架，ZZC8300/22/35 型4 架沿空留巷支護；電控系統—SAC 型液壓支架智能控制系統；采煤機—MG400/930-W 型動力載波信息傳輸；轉載機—SZZ-1000/400 箱式自移；運輸機—SGZ-1000/1400（L=250 m）；乳化液泵—BRW400/31.5 遠距離集成供液；集中控制—綜采工作面綜合控制系統、KTC101 型工作面通信系統、CLX01 型采爆機順槽監測監控系統。

2 使用情況及特點

生產作業方式實行三班制，一班檢修，兩班生產。3017 綜采工作面使用采場無人化技術后，整個采場僅需2 名支架工、2 名采煤機司機、1 名輸送機司機。采場人員配置如表1 所示。

表1 采場人員配置

3 SAM 型綜采工作面綜合智能控制系統結構分析

SAM 型綜采工作面自動化系統由工作面信息傳輸設備、視頻監視設備和遠程集中監控設備等組成。

3.1 礦用隔爆兼本安型監控主機

礦用計算機為工作面遠程集中監控設備。礦用計算機布置在順槽監控中心，主要用來對液壓支架智能控制系統大容量數據、視頻信息的存儲與控制。礦用計算機設計在隔爆外殼內，可以放置多個計算機單元，每個計算機單元由計算機主板、接口隔離板、UPS 電源和一系列通信接口組成。接口主要有USB 接口、以太網接口、RS232 接口、RS422 接口。計算機單元具有掉電保護和上電軟啟動等功能。一個計算機服務器可以配置多個顯示器。

3.2 礦用本質安全型顯示器

礦用本質安全顯示器布置在順槽監控中心，作為礦用隔爆兼本安型監控主機的顯示設備來使用。礦用本質安全型顯示器為液晶顯示器，通過礦用光纜與主機進行通信連接。一個計算機服務器可以配置多個顯示器。

3.3 礦用本質安全型綜采綜接入器

礦用本質安全綜采綜接入器為工作面信息傳輸設備，主要用來將工作面的傳感器數據、設備動作數據、設備狀態數據和視頻數據接入，并傳輸到順槽監控中心，實現各設備的匯集與高速傳輸。礦用本質安全型綜采綜接入器提供了一條高速的數據信息傳輸通道，傳輸通道帶寬可達百兆。

3.4 礦用本質安全型光電轉換器

礦用本質安全型光電轉換器為工作面信息傳輸設備，主要用于工作信息傳輸介質的光電轉換。井下自動化系統通信經常涉及長距離以太網通信，由于普通以太網線纜通常情況下最大傳輸距離僅有100 m，需要進行長距離通信時，適合用光電轉換器將RJ45 接口以太網光纜信號轉換為光纖通信。

3.5 礦用本質安全型攝像儀

礦用本質安全型攝像儀為工作面視頻監視設備，主要用于視頻攝像，采集工作面或順槽視頻信息，壓縮編碼，并打包成IP 報文的形式發布到以太網上，供顯示器解碼顯示。該產品結構小巧，質量輕，具有安裝布置靈活、低照度、高分辨率、高可靠性等特點。其小巧的結構使其可安裝在薄煤層工作面上。

3.6 礦用本安型操作臺

礦用本安型操作臺為綜采工作面集中控制設備，用于在順槽監控中心對工作面設備進行遠程操作，可以遠程控制液壓支架、采煤機和刮板輸送機等設備。遠程操作臺鍵位布置符合人體工學原理，操作方便，接口豐富，可交互性強。本安型操作臺可以作為井下主控計算機的模擬鍵盤，操作臺將按鍵操作進行歸納、分類，并通過按鍵、旋鈕等硬件形式設置，可以進行直觀操作。作為操作輸入的源端，本安型操作臺將操作內容轉化為RS232 通信數據中相關數據點位報送給具有控制核心的集控主機，集控主機通過對操作臺相關操作處理，最后實現對綜采設備的遠程操作。

4 工作面智能化控制系統主要功能

8102 綜采工作面與傳統的綜采工作面相比，通過先進的網絡技術將工作面所有設備信息進行整合集成，將工作面不相關卻又相互影響的設備進行數據集成，實現相互檢測和控制，最大程度地發揮設備性能，提升設備運行可靠性，實現工作面設備的高度集成化，具體實現的功能如下。

（1）采煤機搖臂智能調高和記憶割煤自動控制。通過在集控室操作組態軟件，結合視頻數據，可以實現對工作面采煤機進行遠程控制。

（2）液壓支架多級護幫智能控制。在護幫板上安裝壓力傳感器，行程傳感器，實現護幫板對煤壁的支撐管理和護幫板的智能姿態控制。在三級護幫板上安裝接近傳感器，實現液壓支架與采煤機防碰撞智能控制。

（3）在綜采工作面建立工業以太網主干高速通信網絡，把工作面的視頻信息、設備信息和感知信息匯集到監控中心進行集中管理。

（4）實現全工作面液壓支架跟機自動控制功能。

（5）在綜采工作面全面布置本安型高清云臺攝像儀，實現綜采工作面的視頻監視和煤機動態視頻追蹤等功能。

（6）實現運配液站自動化。遠程配液系統，由進水過濾站、軟化水裝置、供水加壓泵、乳化液配比泵、遠程供液泵、液箱、水箱、乳化液混合器及泵站控制裝置組成。將配液設備由原來的設備列車處移至進風口配液站，縮短了近1300 m 的乳化液運輸距離。在液箱液位低于設置值時，自動開啟乳化液配比泵進行配液；水箱水位低于設置值時，自動開啟供水加壓泵；設備列車處液位低于設置值時，自動開啟遠程供液泵與遠端127 V 電動球閥。

（7）構建煤礦井下生產設備和生產環境模型，實現使用設備運行數據支撐的工作面三維虛擬現實。

（8）實現在地面調度室進行順槽監控中心對工作面設備遠程控制和一鍵啟停控制功能。

5 實踐應用及效果分析

8102 綜采自動化工作面采用了SAM 新型綜采工作面智能控制系統，主要采用MG400/930-W 采煤機、SGZ-1000/1400 刮板輸送機和泵站控制系統。該系統融合了采煤機記憶割煤、液壓支架跟機自動化、運輸系統煤流負荷平衡、智能集成供液、遠程集控等高新技術。在時間應用中該項目開發了多種工作面感知設備，工作面使用了上千只傳感器，用來檢測工作面設備運行姿態和作業工況及生產環境，構建了工作面工業以太網，實現了地面一鍵啟停的工作面遠程生產管理模式。

當前8102 工作面已經實現了跟機自動化、遠程供配液、采煤機速度與瓦斯聯動等功能，減員達62%，同時工效提高14.118 t/工，提高幅度38.78%。通過在生產過程中進行摸索，實現這些功能與生產條件的和諧匹配，努力使這些功能實現常態化使用。同時，將工作面的管理經驗轉變為數字化的數據，對這些數據進行進一步的挖掘分析，如對工作面采煤機運行軌跡跟蹤。液壓支架跟機作業自動化、礦壓分析、乳化液供液系統分析等進行研究探索，為現場管理提供量化的、精準的管理依據，為下一步綜采自動化工作面的推廣應用奠定基礎。