智能化綜采工作面關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)踐應(yīng)用

郭彪

西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司馬蘭礦 山西 太原 030200

傳統(tǒng)的機(jī)械化采煤工作面作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，惡劣，礦井生產(chǎn)安全難以保障，極大地限制了煤礦開(kāi)采效率及綜采設(shè)備效能，所以研究自動(dòng)化工作面是十分有必要的。現(xiàn)狀現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外許多大型煤礦均已轉(zhuǎn)型為自動(dòng)化采煤，且未來(lái)煤礦開(kāi)采的趨勢(shì)朝著智能化、自動(dòng)化的方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)工作面“人少則安，無(wú)人則安”安全理念更是煤炭行業(yè)發(fā)展的目標(biāo)，所以本文以馬蘭礦為研究背景，對(duì)工作面自動(dòng)化進(jìn)行研究，對(duì)綜采自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用及推廣做出一定的貢獻(xiàn)[1]。

1 礦井概況

馬蘭礦位于山西古交西南15km，井田面積為104.4km2，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力400萬(wàn)噸，主采8#、3#、8#煤層。18502工作面主要開(kāi)采8#煤層，工作面設(shè)計(jì)將進(jìn)風(fēng)順槽、輔運(yùn)大巷布置在同一水平，同時(shí)作為進(jìn)風(fēng)、行人通道和運(yùn)輸，破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、皮帶機(jī)布置于進(jìn)風(fēng)順槽，在輔助進(jìn)風(fēng)布置設(shè)備列車，回風(fēng)順槽同樣與輔運(yùn)大巷處于同一水平，承擔(dān)運(yùn)料、回風(fēng)、行人任務(wù)。綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)是一種綜合計(jì)算機(jī)、機(jī)電一體、自動(dòng)控制等機(jī)械化技術(shù)于一身的綜合機(jī)械化采煤技術(shù)，在進(jìn)行工作過(guò)程中，為保證運(yùn)行效率及提升運(yùn)行安全性，本文以18502工作面為研究背景對(duì)綜采工作面自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行研究。

2 自動(dòng)化工作面設(shè)計(jì)

2.1 液壓支架電液控制系統(tǒng)

首先對(duì)液壓支架電液控制進(jìn)行研究，馬蘭礦18502工作面的采用SAC電液控制系統(tǒng)對(duì)工作面液壓支架進(jìn)行控制，電液系統(tǒng)主要包括壓力傳感器、行程傳感器、支架控制器、電液換向閥、電源箱等組成，通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)與顯示裝置進(jìn)行連接，實(shí)時(shí)反應(yīng)液壓支架整體工作情況。在每臺(tái)液壓支架上配合支架控制器，通過(guò)順序連接將液壓支架形成整體信號(hào)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)，通過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸，將工作面整體礦壓信息進(jìn)行集中匯總，進(jìn)行集中監(jiān)控[2]。工作面電液控制系統(tǒng)配置連接圖如1所示。

圖1 工作面電液控制系統(tǒng)配置連接圖

設(shè)定的SAC液壓控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)工作面的液壓支架參數(shù)修改，支架立柱與推移行程的顯示與監(jiān)測(cè)，同時(shí)對(duì)采煤機(jī)的行走位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)，計(jì)算工作面推進(jìn)距離等工作，最為重要的是實(shí)現(xiàn)液壓支架數(shù)據(jù)與采煤機(jī)數(shù)據(jù)的交互，從而實(shí)現(xiàn)綜采面自動(dòng)化控制。

綜采面選用新型CAN總線系統(tǒng)采煤機(jī)，采煤機(jī)支持多種外接接口如485現(xiàn)場(chǎng)總線、CAN現(xiàn)場(chǎng)總線等，同時(shí)通過(guò)多線協(xié)議達(dá)到控制精度。通過(guò)采用CAN總線可以有效的提升采煤機(jī)的實(shí)時(shí)性及運(yùn)行穩(wěn)定性，提升采煤機(jī)數(shù)據(jù)的傳輸速度及數(shù)據(jù)處理速度，通過(guò)ifix組態(tài)編程對(duì)其進(jìn)行集中控制。CAN總線系統(tǒng)可以避免由于工作面與順槽位置較遠(yuǎn)及工作面環(huán)境惡劣等特點(diǎn)，通過(guò)載波通訊提升通訊穩(wěn)定性，同時(shí)總線系統(tǒng)包含自動(dòng)割煤及回采三角煤功能，通過(guò)對(duì)不同運(yùn)行程序的切換，達(dá)到中部、兩端端頭的全自動(dòng)化割煤任務(wù)[3]。

2.2 采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

采煤機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，采用快速通訊網(wǎng)絡(luò)及穩(wěn)定工作環(huán)網(wǎng)進(jìn)行傳輸，通過(guò)編寫遠(yuǎn)程監(jiān)控程序及組態(tài)化畫面設(shè)計(jì)，達(dá)到工作面設(shè)備的在線遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、作業(yè)環(huán)境、運(yùn)行狀態(tài)等進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，為管理人員提供決策依據(jù)。通過(guò)動(dòng)力載波技術(shù)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)地面及順槽的遠(yuǎn)程控制。系統(tǒng)由隔爆計(jì)算機(jī)、視頻客戶端、組態(tài)客戶端及操作臺(tái)等組成，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控液壓支架、采煤機(jī)運(yùn)行視頻畫面的操作。為了保證采煤機(jī)運(yùn)行安全性，在采煤機(jī)的機(jī)尾布置瓦斯傳感器，將瓦斯傳感器的數(shù)據(jù)傳輸至順槽監(jiān)控主機(jī)，達(dá)到采煤機(jī)運(yùn)行及瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)的聯(lián)動(dòng)。

在綜采工作面輔助運(yùn)輸巷布置列車設(shè)備，系統(tǒng)采用KTC101控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)為雙系統(tǒng)控制，其中一套為皮帶控制系統(tǒng)，另一套為工作面控制系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)通過(guò)KFD101-A智能終端進(jìn)行耦合連接，雙系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)環(huán)網(wǎng)將系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至地面數(shù)據(jù)服務(wù)器上，通過(guò)ifix進(jìn)行組態(tài)編程，實(shí)現(xiàn)一鍵啟停控制。工作面控制系統(tǒng)在轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭位置布置KTC101-IC擴(kuò)音器，用于控制破碎機(jī)及轉(zhuǎn)載機(jī)，同時(shí)每沿工作面走向15m間隔位置布置KTK101-1電話，電話間用25米的電纜進(jìn)行連接，在末端電話位置安裝終端。皮帶控制系統(tǒng)在沿線位置布置本質(zhì)安全型閉鎖開(kāi)關(guān)及KTK101-2-HA組合擴(kuò)音器，同時(shí)在皮帶機(jī)頭布置KJS101-8（12）下機(jī)位，保護(hù)機(jī)頭檢測(cè)。

視頻系統(tǒng)是管理人員清楚檢測(cè)采煤現(xiàn)場(chǎng)及運(yùn)行設(shè)備管理的重要保證，通過(guò)在液壓支架上部安裝視頻監(jiān)控儀，并將連接器與綜合接入器進(jìn)行相連，實(shí)時(shí)將工作面視頻信號(hào)基于太網(wǎng)傳輸至順槽監(jiān)測(cè)中心計(jì)算機(jī)端，達(dá)到工作面工況的監(jiān)測(cè)，同時(shí)濃度傳感器同樣將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至順槽監(jiān)控中心端，完成數(shù)據(jù)的集中控制。在實(shí)際工作工程中，發(fā)現(xiàn)工作面壓力機(jī)流量不足，需要調(diào)節(jié)乳化液泵的數(shù)量，從而滿足生產(chǎn)需求，最終確定，通過(guò)供液泵直接輸送至液箱，通過(guò)加壓后輸送至工作面，泵站裝有乳化箱、水箱、軟化水凈化裝置，泵站設(shè)備通過(guò)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制[4]。

3 應(yīng)用效果分析

對(duì)18502綜采面自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用效果分析，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)達(dá)到如下成果：液壓支架支護(hù)質(zhì)量明顯提升，瓦斯及滾幫現(xiàn)象得到有效的控制；液壓支架實(shí)現(xiàn)電液控制，監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)時(shí)顯示液壓支架支撐力，保證了支護(hù)質(zhì)量；實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸系統(tǒng)、支架及工作面的三集中控制，提升工作效率；頂板壓力實(shí)時(shí)顯示，為礦壓控制提供一定的依據(jù)；提升了工作面自動(dòng)化程度，減少工作面人員，提升了工作面人員安全程度，同時(shí)優(yōu)化了工藝環(huán)節(jié)。在三個(gè)月的使用過(guò)程中，未有設(shè)備出現(xiàn)故障及大型零件更換，提升了設(shè)備運(yùn)行效率。

5 結(jié)論

本文以馬蘭礦18502工作面為研究背景，對(duì)工作面自動(dòng)化進(jìn)行研究，重點(diǎn)對(duì)工組面液壓支架電液控制、采煤機(jī)自動(dòng)化控制、運(yùn)輸系統(tǒng)集中控制、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等進(jìn)行研究分析，給出了綜采工作面自動(dòng)化控制方案，通過(guò)應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)有效提升了工作面自動(dòng)化程度，減少工作面人員，提升了工作面人員安全程度，為礦井自動(dòng)化開(kāi)采提供一定的參考。