智能化綜采工作面關(guān)鍵技術(shù)與實踐應(yīng)用

郭彪

西山煤電集團有限責(zé)任公司馬蘭礦 山西 太原 030200

傳統(tǒng)的機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采效率及綜采設(shè)備效能，所以研究自動化工作面是十分有必要的?，F(xiàn)狀現(xiàn)階段國內(nèi)外許多大型煤礦均已轉(zhuǎn)型為自動化采煤，且未來煤礦開采的趨勢朝著智能化、自動化的方向發(fā)展，實現(xiàn)工作面“人少則安，無人則安”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，對工作面自動化進行研究，對綜采自動化技術(shù)的應(yīng)用及推廣做出一定的貢獻[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)計年生產(chǎn)能力400萬噸，主采8#、3#、8#煤層。18502工作面主要開采8#煤層，工作面設(shè)計將進風(fēng)順槽、輔運大巷布置在同一水平，同時作為進風(fēng)、行人通道和運輸，破碎機、轉(zhuǎn)載機、皮帶機布置于進風(fēng)順槽，在輔助進風(fēng)布置設(shè)備列車，回風(fēng)順槽同樣與輔運大巷處于同一水平，承擔(dān)運料、回風(fēng)、行人任務(wù)。綜采工作面自動化系統(tǒng)是一種綜合計算機、機電一體、自動控制等機械化技術(shù)于一身的綜合機械化采煤技術(shù)，在進行工作過程中，為保證運行效率及提升運行安全性，本文以18502工作面為研究背景對綜采工作面自動化技術(shù)進行研究。

2 自動化工作面設(shè)計

2.1 液壓支架電液控制系統(tǒng)

首先對液壓支架電液控制進行研究，馬蘭礦18502工作面的采用SAC電液控制系統(tǒng)對工作面液壓支架進行控制，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，通過監(jiān)控系統(tǒng)與顯示裝置進行連接，實時反應(yīng)液壓支架整體工作情況。在每臺液壓支架上配合支架控制器，通過順序連接將液壓支架形成整體信號網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)，通過數(shù)據(jù)信號傳輸，將工作面整體礦壓信息進行集中匯總，進行集中監(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，同時對采煤機的行走位置進行監(jiān)測，計算工作面推進距離等工作，最為重要的是實現(xiàn)液壓支架數(shù)據(jù)與采煤機數(shù)據(jù)的交互，從而實現(xiàn)綜采面自動化控制。

綜采面選用新型CAN總線系統(tǒng)采煤機，采煤機支持多種外接接口如485現(xiàn)場總線、CAN現(xiàn)場總線等，同時通過多線協(xié)議達到控制精度。通過采用CAN總線可以有效的提升采煤機的實時性及運行穩(wěn)定性，提升采煤機數(shù)據(jù)的傳輸速度及數(shù)據(jù)處理速度，通過ifix組態(tài)編程對其進行集中控制。CAN總線系統(tǒng)可以避免由于工作面與順槽位置較遠及工作面環(huán)境惡劣等特點，通過載波通訊提升通訊穩(wěn)定性，同時總線系統(tǒng)包含自動割煤及回采三角煤功能，通過對不同運行程序的切換，達到中部、兩端端頭的全自動化割煤任務(wù)[3]。

2.2 采煤機監(jiān)控系統(tǒng)

采煤機實時監(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)進行傳輸，通過編寫遠程監(jiān)控程序及組態(tài)化畫面設(shè)計，達到工作面設(shè)備的在線遠程監(jiān)控。通過對現(xiàn)場環(huán)境、作業(yè)環(huán)境、運行狀態(tài)等進行實時顯示，為管理人員提供決策依據(jù)。通過動力載波技術(shù)將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)地面及順槽的遠程控制。系統(tǒng)由隔爆計算機、視頻客戶端、組態(tài)客戶端及操作臺等組成，達到實時監(jiān)控液壓支架、采煤機運行視頻畫面的操作。為了保證采煤機運行安全性，在采煤機的機尾布置瓦斯傳感器，將瓦斯傳感器的數(shù)據(jù)傳輸至順槽監(jiān)控主機，達到采煤機運行及瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測的聯(lián)動。

在綜采工作面輔助運輸巷布置列車設(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KFD101-A智能終端進行耦合連接，雙系統(tǒng)通過工業(yè)環(huán)網(wǎng)將系統(tǒng)數(shù)據(jù)實時傳輸至地面數(shù)據(jù)服務(wù)器上，通過ifix進行組態(tài)編程，實現(xiàn)一鍵啟?？刂?。工作面控制系統(tǒng)在轉(zhuǎn)載機機頭位置布置KTC101-IC擴音器，用于控制破碎機及轉(zhuǎn)載機，同時每沿工作面走向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)安全型閉鎖開關(guān)及KTK101-2-HA組合擴音器，同時在皮帶機頭布置KJS101-8（12）下機位，保護機頭檢測。

視頻系統(tǒng)是管理人員清楚檢測采煤現(xiàn)場及運行設(shè)備管理的重要保證，通過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行相連，實時將工作面視頻信號基于太網(wǎng)傳輸至順槽監(jiān)測中心計算機端，達到工作面工況的監(jiān)測，同時濃度傳感器同樣將監(jiān)測數(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。在實際工作工程中，發(fā)現(xiàn)工作面壓力機流量不足，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，通過供液泵直接輸送至液箱，通過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PLC控制系統(tǒng)進行控制，實現(xiàn)自動化控制[4]。

3 應(yīng)用效果分析

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

5 結(jié)論

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