綜采工作面智能化控制系統研究

郗少偉

（山西焦煤汾西礦業柳灣煤礦，山西 孝義 032300）

引言

礦井綜合機械化水平的提升顯著提升了煤炭開采效率，但是井下采掘以及運輸等環節仍需要大量的工作人員，同時作業人員勞動強度較高[1-3]。智能化是現階段礦井發展的主要方向，通過構建智能化開采工作面不僅可將提高煤炭開采效率，而且可顯著減少作業人員數量以及勞動強度[4-5]。

1 3609 工作面工程概況

山西某礦3609 工作面設計開采長度950 m、切眼斜長270m，回采的6 號煤層厚度3.7m、埋深390m、傾角5°。受到區域褶曲構造影響，局部位置煤層傾角可達到10°。3 號煤層在現開采水平無煤與瓦斯突出危險性，瓦斯原始含量為5.6 m3/t。3609 工作面設計采用傳統的U 型通風方式，供風量為2 058 m3/t。工作面采用綜合機械化開采工藝開采，具體涉及到的主要綜采設備分別為：MG300/700-WD 采煤機、SGZ-830/800 刮 板 機、ZY5600/21/46D 支 架、DSJ1200/150/2×250 皮帶機。為了提高采面煤炭開采效果，提出應用智能化系統控制綜采設備。

2 智能化控制系統設計

2.1 總體結構

依據3609 工作面開采的煤層賦存情況以及綜采設備配備情況，提出一種智能化控制系統，具體系統結構見圖1 所示[6]。該智能化控制系統具體子系統包括采煤機、液壓支架、刮板機以及皮帶機控制系統。構建的智能化控制系統通過控制平臺實現可視化操控、控制指令高速傳輸。具體智能控制系統具備的功能為：綜采設備智能化控制、采煤機記憶（自動）割煤、綜采設備協調運行、刮板機運輸量自動監控等。

圖1 工作面智能化控制系統結構圖

2.2 采煤機智能控制子系統

為了適應智慧工作面建設需要，在滿足采煤機智能化控制功能基礎上，確定了采煤機控制系統框架，具體見圖2。

圖2 采煤機控制系統框架

具體構建的采煤機智能控制子系統結構有PLC、傳感器、監視器以及各類傳感器。在PLC 內嵌入有控制采煤機割煤的截割記憶程序，可實現采煤機記憶截割，同時現場控制人員可根據回采煤層變化情況對采煤機割煤參數進行調整，以便提高采煤機割煤效率。在采煤機上隨機布置有監測傾角、高度的紅外激光等傳感器，可實現對采煤機搖臂狀態、采煤機傾角以及回采位置的實時監測。同時運用智能控制子程序內的LASC 系統再構建采煤機三維姿態模型，以便操作人員能夠直觀地掌握采煤機運行情況。

2.3 刮板機智能控制子系統

采面內布置的刮板輸送機驅動裝置機構為減速器、電動機、聯軸器，并通過移動電源、變頻器等提供動力。刮板輸送機控制子系統是實現工作面智能化控制的重要組成單元，通過該子程序可實現刮板輸送機運輸煤量、載荷的監測以及智能控制。具體刮板機智能控制子系統結構單元包括有智能控制箱、煤量掃描裝置、智能調速軟件等。通過煤量掃描裝置即可對刮板機輸送煤量進行實時監測、智能控制箱以及調速軟件通過調整刮板機運輸速度，實現煤炭運輸量的智能調整，具體智能調速原理見圖3 所示。

圖3 刮板機智能調速原理圖

2.4 液壓支架智能控制子系統

在采面回采巷道安全位置布置液壓支架控制平臺，實現液壓支架智能控制，具體控制平臺結構包括有防爆主機、電源箱、交換箱等。防爆主機內部嵌入有視頻主機、操作臺、電液控制主機等，其中視頻主機用處理以及顯示液壓支架上高清攝像頭監測畫面；操作臺與液壓支架上機在控制器通過CAN 總線連接，用以對液壓支架運行狀態進行控制，實現液壓支架跟機動作；電源箱則為智能控制子系統提供連續電源。

3 智能控制系統應用效果分析

3609 工作面完成綜采設備智能化控制改造后，為了掌握該智能控制子系統應用效果，對個綜采設備運行情況進行監測。現場監測發現，該智能控制系統可實現采煤機運行姿態、截割的智能化控制、液壓支架可及時隨著采煤機截割移架，刮板輸送機以及液壓支架平直度可滿足采面生產需要。采煤機割煤時，操作人員在回采巷道內進行遠程操控，在割煤現場僅保留2～3 名巡檢人員即可。

采面在實現智能化改造后，刮板輸送機在滿足煤炭運輸前提下通過智能控制系統對運行速度進行調節，預計年可降低電能消耗約360 萬元。

對3609 工作面完成智能化改造后，現場作業人員數量由以往的25 名減少至15 名，不僅減少了井下作業人員數量，而且顯著降低了作業人員勞動強度以及礦井人力資源投入。礦井采煤工作面通過智能化建設取得了較好的應用成果。

4 結語

隨著礦井開采深度增加，煤炭開采時面臨地質構造、瓦斯、水害等影響更為突出，煤炭開采成本不斷增加。作業人員在采掘工作面現場，傳統的煤炭開采方式不僅勞動強度高，而且安全風險較大。對采煤工作面進行智能化改造后，不僅可減少采煤工作面現場人員數量，而且大部分工作人員在回采巷道安全位置對采煤設備進行遠程操作，現場僅保留少許巡檢人員即可滿足生產要求。