煤矿薄煤层工作面三机协同控制系统

赵金升 娄文法 张恩明 赵巧 张新秀

摘 要：随着高速经济的发展，煤炭资源需求量不断加大，但一直以来受开采技术及开采成本的限制，薄煤层一直未得到开发利用，这既降低了煤炭开采量率，也造成煤炭资源的浪费。薄煤层开采是未来煤炭资源的开采趋势。伴随着薄煤层装备的完善，开采技术的提高，一套崭新的自动化薄煤层开采技术应运而生。

关键词：薄煤层；三机协调；自动化控制；联动控制

中图分类号：TD823.251 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）24-0001-02

本文以综采三机设备即采煤机、液压支架、刮板输送机为例，通过对综采工艺的理论研究确立综采三机在采煤过程中的联动关系，提出了三机联动控制系统解决方案。

薄煤层的开采量仅占全国总产量的10.4%。究其原因是因为目前薄煤层的开采方式及生产效率不高，经济效益不明显。薄煤层的开采，不但对综采设备有特殊的要求，而且由于薄煤层工作空间狭小，使得生产效率低、成本高，并且安全隐患大。

薄煤层综采自动化的核心内容之一就是通过对综采工作面三机—采煤机、液压支架及刮板输送机及其配套设备进行集成，对运行参数进行实时提取和综合分析，实现设备运行控制参数的自适应调整和匹配，最终实现薄煤层综采自动化。

1 系统研究背景及意义

目前国内多数煤矿在系统建设时，没有统一考虑系统集成功能，各系统相互独立。加之受采掘装备的差异和技术研发缺失的限制，导致薄煤层综采工作面数字化集成工作起步较晚。根据薄煤层开采需求及国家政策信息分析，薄煤层综采工作面自动化装备发展前景较好。

通过薄煤层煤矿综采工作面三机（采煤机、液压支架及刮板输送机）及其配套设备运行参数的实时提取和综合分析，实现三机运行控制参数的自适应调整和匹配，达到薄煤层三机协同控制，进行全自动化采煤的目标。

2 三机协调控制使用新技术

系统建设主要包括支架电液控系统、刮板机控制系统集成、三机协同控制系统及三个主要部分。

2.1 薄煤层液压支架电液控制系统技术设计

液压支架电液控制系统是煤矿综采工作面自动化控制系统的核心，是实现工作面自动化生产管理的必要手段。

2.1.1 支架电液控制器

支架电液控制器是液压支架控制系统的核心设备，如图1所示。

支架控制器的主要功能是控制支架的所有动作以及支架信息的交换。控制命令可以是操作者通过键操作发出也可以是根据采煤机位置由系统自动发出，传感器检测的实时值和用户设置的各种参数是控制过程实现的重要条件。

2.1.2 顺槽主机电液控制系统监控软件

液压支架电液控制系统主机主要实现液压支架推移行程、支柱压力、推进位置、动作状态等信息的采集、存储和显示。同时，能够通过上位机软件对任意支架的姿态进行远程控制。

2.2 薄煤层刮板运输机监控系统集成技术设计

通过检测刮板运输机在电机负荷参数，自动调节采煤机割煤速度和液压支架推溜过程，以刮板运输机出煤运量最大化为控制目标，进行采煤机和液压支架的联动控制，最大程度的提高薄煤层工作面的煤炭生产效率。

监控装置主要完成对刮板运输机的开停状态、电机工作电压、电机工作电流等工矿参数的检测，并将这些参数远程传输给三机协同控制系统，作为三机协同控制系统的分析数据之一。同时装置本身可以实现对刮板运输机开停状态的控制，也可由三机协同控制器完成对刮板运输机的远程开停控制。

2.3 薄煤层三机协同控制系统技术设计

采煤工作面设计三机协同控制系统一套，该主要由两部分组成：协同控制软件平台及该平台可承载的硬件平台。系统框图，如图2所示。

2.3.1 三机协同硬件平台

硬件平台可以由隔爆兼本安计算机作为控制终端，使用综合接入网关收集三个系统的实时数据，并可以对任意系统发出控制指令，综合接入与控制装置接入采煤机监控系统的数据、液壓支架监控系统数据、刮板运输机监控系统的数据，在协同控制软件平台上将三机数据以及人机输入设备的数据进行综合融合处理，并依据协同控制策略做出决策，对采煤机、液压支架以及刮板运输机进行有序的协同动作控制。控制的效果可以通过显示设备进行就地显示，以便在特殊情况下，便于人工通过人机输入设备进行人工干预，保证系统的正常安全可靠运行。

该系统除了可以进行综采设备的协同控制之外还可以将采集到的数据、动作过程、控制结果等通过矿井综合自动化网络传输到地面中心调度室，供地面调阅。

2.3.2 三机协同控制软件平台

三机协同控制软件平台是三机协同控制模型的思想体现，也是整个系统的核心软件。

系统可有效提高生产效率及工程质量，降低避免安全事故的发生。

3 系统特点

①灵活易维护性：控制规律灵活多样，改动方便。

②高精度：控制精度高，抑制扰动能力强，能实现最优控制。

③动态可分析：能够实现数据统计和工况显示，控制效率高。

④安全制约性：控制与管理一体化，进一步提高自动化协调控制程度。

⑤高集成性：采用工业以太网技术，用主干网线横穿工作面，既简化系统布线，又降低了总体投入。

⑥高可靠性：全系统本安化设计， 核心产品防护等级为IP67，系统具有高可靠性。

4 经济、社会效益

其带来的经济效益明显，首先可以降低人力成本、减少企业风险，其次可以提高煤矿可采煤层的回采率，增加可利用资源，进而提高矿井可采资源量。社会效益上，可以有力保障矿井安全生产与效率的提升。

5 结 语

本文剖析了采煤机、液压支架和刮板保送机之间的束缚联系关系，进而研讨了工作面“三机”任务协调控制解决方案，为煤矿“机械化换人，自动化减人”政策奠定基础，为煤矿安全高效生产提供保障。

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