煤礦綜采工作面自動化系統的設計及應用分析

于海鋒

（濟寧礦業集團有限公司安居煤礦，山東 濟寧 272059）

近年來，科技的不斷發展促進了工業自動化控制技術的進步，煤礦生產中可以普遍地應用自動化生產控制技術。為此，煤礦生產中應創建和健全綜采工作面自動化系統，結合先進的信息技術手段服務于煤礦生產工作，不但提升煤礦生產效率和質量，而且提升人員的安全性。

1 煤礦綜采工作面自動化系統的設計

1.1 設計系統程序

設計的系統程序涵蓋：采煤機隨動視頻監控、主控、液壓支架控制等一系列系統，而主控系統主要包括泵站控制系統、自移機尾控制系統、三機控制系統、供電系統等。

1.2 一系列程序系統通信標準

一是作為煤礦綜采工作面自動化系統的中心環節，主控系統非常重要，其應對一系列子系統進行有效地報警、顯示、控制、監測等；二是采煤機液壓支架控制系統和主控制系統間可以彼此進行通信，液壓支架控制系統結合對采煤機位置的監測，能夠分析和整理數據信息，再有效控制液壓支架動作，進而使采煤機和液壓支架聯動的效果實現；三是立足于采煤機的記憶割煤，對采煤機隨動視頻監控系統進行配備，以實時化地呈現前后滾筒，方便地面集控中心的有關操縱者結合畫面明確工作面煤層的實際現狀，以使遠程干預割煤的目的實現，確保采煤質量的提升；四是針對供電系統間的通信監控來講，應構建移動變電站和組合開關間的通信標準；五是在泵站以及中央控制器之間建立通信連接；實現此接口與主控制器的有效連接可以使主控系統和泵站子系統控制之間的直接通信目標實現。

1.3 一系列系統間的控制標準

一是對于綜采工作面主控系統而言，其可以監控以及查詢供電系統的一系列參數（故障、報警、整定、運行等），需要有聯網以及遠程監控的作用。二是對于采煤機主控系統而言，不但應使遠程干預與記憶割煤實現，而且應構建跟液壓支架控制系統間的良好通信，以實時化地傳輸信息，確保相關工作者實時監控采煤機的運行以及故障動態。三是應有效連接三機控制系統和采煤機主控系統，以監控刮板輸送機的載荷力，確保自動化控制泵站液位以及油箱油位。四是三機通信控制系統應自動化控制刮板輸送機、轉載機、破碎機等的閉鎖、啟停、連鎖等情況，并且使工作沿線的通話作用目標實現。五是對開采設備的工作進展情況進行實時監測，出現故障問題，實時進行報警；刮板機以及轉載機的實際荷載動態進行有效監控，根據荷載力的大小情況可以對煤機的牽引速度進行有效調整；采煤機的運行部位進行實時化、動態化地監測，確保實現對采煤機牽引速度的自動化調整；監測乳化液泵站的運行動態，分析、整理、概括有關數據監測完之后的數據信息，這樣可以對煤礦生產的實施動態進行有效地把控。監測程序流程如圖1所示。

圖1

2 煤礦綜采工作面自動化系統的應用

2.1 綜合控制

煤礦綜采工作面應用的具體設備而言，其涉及范圍較廣，存在非常多的種類，涵蓋的設備有采煤機、破碎機、乳化液泵站、自移機尾、刮板輸送機等。煤礦對自動化工作面設備的配置應保障有效統一輸電系統，使綜采工作面和地面集控中心間更加實時性地傳輸數據信息，對煤礦開采的進展情況進行實時地把控。

2.2 乳化液泵自控

煤礦綜采工作面自動化系統，乳化液泵站屬于中心組成部分，應實現其液控以及電控自動化能力的強化，確保泵站運行狀態的安全與穩定。集控中心能夠對泵站運行的實時化動態進行有效地監控，結合監測到的信息，使系統的壓力波動適當減緩，自動化地控制泵站運行。

2.3 輸送機械設備集中控制

輸送機械設備重點涵蓋自移機尾、破碎機、刮板輸送機以及轉載機，在煤礦開采時綜采工作面自動化控制系統的建立與完善，能夠自動化地控制設備的啟停動態情況。結合自動化系統集中控制輸送機械設備，使緊急閉鎖以及遠程控制等一系列作用實現，即使發生故障的情況，可有效地能保障有關工作者的生命健康和安全。

2.4 采煤機記憶割煤以及遠程干預割煤

采煤機控制中有效地發揮自動化系統的優勢作用可以使高效的記憶割煤以及遠程割煤目標實現，降低了工作者的勞動負荷實現割煤效率的提升。將遠程操縱平臺設置于煤礦綜采工作面自動化系統，有效連接操縱平臺和采煤機，以雙向通信的方式進行連接，將采煤機的運行動態信息快速地傳輸給集控中心，根據實現對采煤機運行動態的遠程監控。

2.5 負荷平衡控制

煤礦綜采工作面自動化控制系統應及時監控有關設備的輸送強度，保障不會由于過載的情況而使相關設備受到損壞。自動化控制系統向集控中心輸送設備運行信息。若輸送設備承受的壓力值較大，系統將命令自動地發出，以此實現采煤機牽引速度的減小，減小速度之后的落煤量以及破煤量會顯著地減少，進而使輸送設受到的負荷明顯地減輕，確保設備的負荷在準許的范圍之內。

2.6 采煤機隨動視頻監控系統

當前應用的井下煤巖識別系統依舊比較稚嫩，難以對巖石或煤進行非常精準地識別，進行自動化割煤的情況下較易割到巖石，使煤的發熱量受到不利影響，為了提升煤礦生產質量，應將隨動視頻監控系統安裝在工作面，適時顯示前后滾筒的運行狀況，地面集控中心準確地判斷煤炭以及設備運行的情況，遠程干預采煤機前后滾筒，使割巖率減小、材料質量提升的目標實現。

3 應用實踐案例

5302綜采工作面位于-1155m水平五采區，開采煤層為3上煤，地面標高為+34.0～+36.0m，工作面標高為-1206～-1292m，工作面回采長度為485m（平距），工作面寬度為150m（平距）,開采面積為72664m2，其位置及井上下關系見表1。

表1

3.1 自動化控制模式選擇

功能設置：機型、控制地、模式設定。進入設置界面，通過操作左牽、右牽按鈕，切換光標至需要設置的項目，選定的項目光標整體閃爍。選定要設定的項目，通過操作上升、下降按鈕將該項目調整到需要的設定內容。控制地設定：

（1）當不使用遠程控制和記憶截割功能或在學習狀態時選擇本地控制。

（2）當同時使用遠程控制和記憶截割功能時選擇外部控制。

（3）當僅使用記憶截割（或遠程干預）功能時選擇記憶截割（或遠程干預）模式。四是模式設定。①在控制地設定為本地控制，模式設定為學習模式時，采煤機處于學習狀態，記錄運行數據，形成示范刀數據，為記憶截割提供依據。②其它情況選擇記憶模式。

3.2 采煤機的啟動和停機

采煤機啟動和停機,借用動力電纜一根控制芯線,使采煤機的控制回路與磁力啟動器先導回路相接,組成遠地控制回路。采煤機啟動只有一處1S1啟動按鈕；停機有五處：分別為左、右端頭站的總停，左、右遙控器的總停，1S15急停按鈕。

3.3 運輸機的控制

按下1S14閉運按鈕,即可在采煤機上控制運輸機的停機(只控制停機,不控制啟動)。采煤機檢修時運輸機應閉鎖。

3.4 電磁閥的控制

采煤機上所用的電磁閥全部為隔爆電磁閥。控制采煤機左、右搖臂的升降，破碎電機的升降。通過操作左、右端頭站或左、右遙控器上的上升、下降、破升、破降按鈕或泵箱上的手動可實現左、右搖臂及破碎頭的升、降。

3.5 采煤機的操作方式

可以在左、右端頭站，左、右遙控器及電控箱上對采煤機進行操作。也可以手動操作左右搖臂的升降。遙控器有左、右之分，左、右端頭站和遙控器上各自有8個按鈕，分別為總停、牽停、左行、右行、上升、下降、破升、破降。

3.6 牽引控制

兩臺變頻器各自是主、從變頻器。設置主變頻器為速度給定,設置從變頻器為轉矩給定。結合呈現的畫面提示將遙控器“右牽”或“左牽”按鈕按下，變頻器整體即運行，采煤機根據選擇的方向保持相應速度的牽引。按鈕被按的時間愈長，采煤機具備愈大的牽引速度。倘若采煤機業已進行左牽引，想要減速，那么應將右牽引按鈕按下，采煤機牽引速度會逐步減小為零。這個時候，抱閘也會動作。在要求暫停牽引的情況下，那么將遙控器牽停按鈕按下，那么采煤機即暫停進行牽引。

3.7 左、右截割電機和泵電機分別啟動和停止

通過PLC可以使左、右截割電機和泵電機分別啟動和停止。正確的操作方式為：拔出左、右截割停按鈕，再按左、右截割啟按鈕。

4 煤礦綜采工作面自動化系統的應用效果

4.1 降低了工作面作業人員規模

常規的綜采工作面回采要求比較多的人，而應用自動化系統的綜采工作面僅需很少的人即可完成采煤作業，從而大大降低了工作面作業人員規模。

4.2 提高了割煤效率和質量

自動化控制系統應用于綜采工作面之后，工作面每天的回采量增加，遠遠超越了常規工作面的回采量，以及實現了工作面回撤速度的提升，從而大大提高了割煤效率和質量

4.3 遠程控制的目標得以實現

能夠以遠程控制系統監測控制自動化綜采工作面當中的機電設備，進而使機械設備的故障率降低，實現了機電設備聯鎖控制技術能力的增強，確保了機電設備運行的高效化和安全性。

5 結語

綜上所述，綜采工作面自動化系統的設計以及應用，有助于煤礦生產的高效化、減小設備故障率、降低工人的勞動強度等。自動化控制的集約化、信息化、高智能化目標的實現，從而為國內煤炭生產技術的進步和發展做出突出的貢獻。