綜采“三機”聯動工藝及控制系統設計

武文財

（山西焦煤集團有限責任公司屯蘭礦， 山西 太原 030206）

引言

綜采工作面無人化、全智能化、高度自動化生產是煤礦未來的發展方向，也是主要技術趨勢。實現工作面采煤機、刮板輸送機以及液壓支架“三機”的聯動控制是實現上述目標的基礎；此外，還需要運行狀態監測和遠程控制功能的集成。實現綜采工作面的自動化、無人化生產可減少現場作業人員的勞動強度，提高生產的安全性[1]。目前，綜采工作面已經具備了局部的自動化跟機控制功能，并未全部在實際生產中推廣應用。為綜采工作面的全自動化和智能化生產奠定基礎，本文重點對“三機”聯動工藝及其控制系統進行設計。

1 “三機”聯動工藝方案設計

1.1 工程概況

綜采“三機”指采煤機、刮板輸送機和液壓支架；除此之外，工作面還包括有轉載機、破碎機、帶式輸送機等關鍵設備，具體組成如圖1 所示。

圖1 工作面設備組成

本文具體對綜采“三機”聯動控制進行研究，對應的采煤機型號為MG900/2210-WD，液壓支架型號為ZY12000/28/63D，刮板輸送機型號為SGZ1250/3000。

1.2 “三機”聯動工藝方案設計

所謂“三機”聯動指的是，采煤機的自動牽引截割；液壓支架根據采煤機的位置和牽引速度完成移架、伸縮護板幫；完成刮板輸送機的移機操作，并基于刮板輸送機完成推溜操作。為保證“三機”聯動功能的實現，對各個設備均提出相應的要求：

1）采煤機聯動要求：采煤機的牽引速度與刮板輸送機的負荷進行自適應關聯控制，此項操作的主要目的是避免刮板輸送機超載、欠載運行；結合采煤機的實時牽引速度和位置對不同位置液壓支架的動作控制以及刮板輸送機的推溜情況進行控制[2]。

2）液壓支架聯動要求：液壓支架根據采煤機的位置完成伸收護幫板、升架、降架等操作；同時，根據對液壓支架油壓和移架行程的監測，完成對液壓閥的控制。一般的，應保證液壓支架的追機速度大于采煤機的牽引速度。

3）刮板輸送機聯動要求：對刮板輸送機電機電流進行監測：當刮板輸送機電機電流大于額定電流的85%時，采煤機應降低牽引速度，對應的截割煤量減??；當刮板輸送機電機電流小于額定電流的65%時，采煤機應提高牽引速度，提高截割煤量；從而保證刮板輸送機在允許范圍內高效率運煤。

為保證綜采工作面“三機”聯動功能的順利實現，避免在聯動控制中出現事故，需根據采煤機的外形尺寸、液壓支架的中心距離設定“三機”聯動的安全距離[3]。一般的，液壓支架伸收護板幫且完成移架操作時需要與采煤機保持15 m 的安全距離，具體聯動工藝如下頁圖2 所示。

如圖2 所示，采煤機中心位置位于28 號液壓支架。在安全距離的基本要求下，根據采煤機的外形尺寸和液壓支架的中心距離等參數，不同位置液壓支架的聯動情況如下：1～10 號液壓支架進行推溜操作（距離后滾筒13 個液壓支架中心距離的位置）；15 號液壓支架伸護幫板（距離后滾筒8 個液壓支架中心距離的位置）；17～21 號液壓支架進行移架操作（距離后滾筒2個液壓支架中心距離的位置）；36 號液壓支架收護幫板（距離前滾筒三個液壓支架中心距離的位置）。

圖2 “三機”聯動工藝流程

2 “三機”聯動控制系統的設計

“三機”聯動控制的核心為根據采煤機的牽引速度和位置對液壓支架的伸收護幫板、移架以及刮板輸送機的推溜進行控制[4]。此外，為聯動控制系統配置遠程監控和總線傳輸功能，對應的“三機”聯動控制系統結構如圖3 所示。

圖3 “三機”聯動控制系統結構示意圖

如圖3 所示，“三機”聯動控制系統包括有地面管理層、巷道監控層和設備層。其中，地面管理層是實現對綜采工作面“三機”聯動控制的中心。巷道監控層核心設備為“三機”聯動控制器，其是對設備層所采集的各項參數進行綜合匯總并分析；設備層包括有液壓支架控制器、采煤機控制系統和刮板輸送機控制系統。

根據如圖3 所示的聯動控制系統實現對綜采工作面設備的順序啟?？刂?、完成采煤機自動牽引割煤控制、完成液壓支架的跟機自動化控制、完成刮板輸送機的負荷自適應控制、實現巷道監控層與設備層和地面管理層的控制等[5]。

本聯動控制系統的硬件選型主要包括有PLC 控制器及各類傳感器，PLC 選擇S7-300 系列PLC 控制器，傳感器選型結果如表1 所示。

表1 傳感器選型結果

3 聯動控制功能驗證

為驗證“三機”聯動控制功能，分別對采煤機在不同工況下液壓支架的動作情況進行仿真分析，得出如下結論：

1）當采煤機未截割三角煤且中心位置處于14 號液壓支架的位置，對應22 號液壓支架實施收護幫板操作，1 號液壓支架實施伸護幫板操作，7 號液壓支架開始移架操作。

2）當采煤機進入直線開采階段且中心位置位于40 號液壓支架的位置，對應1～10 號液壓支架實施推溜操作；同時，當1 號液壓支架完成推溜操作任務后，采煤機實施下一階段的截割三角煤的任務。

3）當采煤機實施截割三角煤且中心位置處于17號液壓支架的位置時，對應9 號液壓支架實施收護幫板操作，30 號液壓支架實施伸護幫板操作；當采煤機完成三角煤的截割任務后，改變采煤機牽引方向。

4）當采煤機改變牽引方向截割三角煤且中心位置處于34 號液壓支架時，42 號液壓支架實施收護幫板操作；27 號液壓支架實施移架操作；21 號液壓支架實施伸護幫板操作；6～16 號液壓支架實施推溜操作。

4 結語

實現綜采工作面“三機”的聯動控制是實現煤礦自動化、智能化、無人化生產的基礎。目前，綜采工作面的“三機”聯動僅實現部分自動化功能。為此，本文基于PLC 控制器和各類傳感器根據采煤機的實時位置和牽引方向對液壓支架的移架、伸收護幫板和刮板輸送機的推溜操作進行聯動控制。通過實踐表明，所設計的“三機”聯動控制系統可根據不同工況完成采煤機的自動牽引截割煤層控制、刮板輸送機的負荷自適應控制以及液壓支架的伸收護板幫和移架控制，可在實踐應用中推廣。