浅谈矿井工作面集中控制系统组成

2018-03-19孙智宇

陕西煤炭 2018年1期

孙智宇

(陕煤集团神南产业发展有限公司机电设备管理中心，陕西榆林 719300)

0 引言

采煤工作面是煤矿生产的最顶端，决定着矿井生产能力和产品质量。采煤工作面装备和控制水平也是矿井现代化水平的标志，因此备受关注。随着采煤装备机械化的普及，信息化、智能化也得到很大进展，工作面集中控制的范围、控制方式、智能化水平已成为行业技术创新的重点课题。

1 矿井地质条件

陕煤集团神南产业发展有限公司矿区水文情况简单，属于裂隙含水层充水为主的简单水文地质条件。顶板有淋水，底板有渗水。矿井属低瓦斯矿井、煤尘有爆炸危险，煤有自然发火倾向。矿井采用综合机械化长壁采煤法一次采全高开采，顶板管理采用全部垮落法。工作面走向长度3 000～6 500 m，起伏角度不大于9°，一般3°～5°；工作面布置长度300 m。工作面使用高产高效双滚筒采煤机落煤，工作面设计生产原煤能力不小于4 000 t/h。顺槽为宽5.5 m，高3.6 m的矩形断面。环境温度<25 ℃，相对空气湿度97%，海拔不高于1 200 m。

2 工作面集中控制系统组成

矿井采煤工作面集中控制系统包含顺槽控制中心和各子系统。子系统包括采煤机电控系统、三机控制系统、泵站控制系统、工作面通信控制系统和供电监控系统等。

2.1 顺槽控制中心

顺槽控制中心由控制台、无线遥控装置组成。控制中心集成采煤机电控系统、三机控制系统、泵站控制系统和供电监控系统，通过通信控制系统将工作面所有设备联系在一体，配合无线遥控装置监测、控制工作面设备。

2.2 采煤机电控系统

采煤机应采用交流变频电牵引方式拖动，煤机调速范围0～10 m/min；系统应采用无线双向遥控方式进行控制，遥控分左右控制，遥控开机受密码保护；遥控器应具有液晶显示屏可以显示采高、截割电流、牵引速度、破碎电流、牵引电流等参数；遥控器应具有光标/鼠标功能，可以直接操作人机界面；遥控器应根据不同权限设计成分体结构或设置不同权限的电子秘钥；遥控器应具有开机密码保护，防止误操作；系统应具有完备的保护：漏电保护、过载保护、缺相保护、短路保护、超温保护、过欠压保护、低油位保护、低水压保护、极限位置保护，改造后保护功能不少于原机保护功能；采煤机应具有采高检测和煤机姿态检测功能，可以检测显示采煤机的采高和煤机姿态；系统应具有位置检测功能，采煤机电控系统应实时的检测采煤机在工作面的位置；系统应具有数据上传和顺槽远控功能，同时具备无线和有线功能，建议采用无线方式传输数据。采煤机的数据信息应可以传输给顺槽集控主机，用于显示和数据存储，集控主机应能够下发采煤机的相关设置参数和控制命令，实现主机的远程设置和远程控制功能；系统应具有启动语音预警功能。设备启动前，应该先播报语音预警，然后再启动设备。语音播报应采用汉语方式播报，宜与工作面通信系统联通实现整个工作面的预警；采煤机应具有智能割煤功能。采煤机可以自学习采煤机司机的操作，采煤机将按照学习的数据自动开始割煤。采煤机在自动化割煤过程中，采煤机司机可以通过无线遥控器对其进行修正，采煤机电控系统将自动记录修正数据。采煤机应与三机联动。在自动模式时，采煤机与刮板机联锁，当刮板机启动后，采煤机才能启动牵引，当刮板机停车时，采煤机停止牵引。当刮板机电流大于设定值时，采煤机自动降速，当刮板机电流大于过载值时，直接停止采煤机牵引。采煤机与泵站联动功能。当采煤机启动时，喷雾泵才能运行，当采煤机停止后，可根据时间设定要求喷雾泵进行停机。

2.3 三机控制系统

三机控制系统应具有控制变频刮板机、高低速刮板机和TTT刮板机的功能，也可以控制综放型三机；系统应能够实现刮板机、转载机、破碎机的就地控制、控制台控制；系统应能够实现无线遥控控制，在整个工作面和顺槽，都能使用遥控器控制三机启停；刮板机、转载机、破碎机的启动、停止都有完备的语音预警。系统能够动态监测刮板机、转载机和破碎机的电机运行参数和齿轮箱的冷却水温度、冷却水压力等参数，相关需要的传感器由集控系统自带，便可实现对冷却系统的报警保护和停机保护等功能；刮板机应能够实现自动张紧控制，可以根据设定的停车张紧力和运行张紧力动态调节张紧油缸的伸缩，保证张紧力与设定值匹配；变频刮板机应具有多种调速控制模式—可实现控制台设定转速、刮板机就地调速、地面调度调速功能；变频刮板机应具有自动调速控制—控制系统可以根据采煤机的截割滚筒的电流和牵引速度的大小动态控制刮板机的运行速度，实现刮板机的自动调速，节省能源，降低刮板机的机械磨损；集控系统应能够显示变频器内部的所有状态，记录变频器的故障信息和电流信息。

2.4 泵站控制系统

集控主机应具有泵站控制装置主控的功能；系统应能控制卡马特、雷波的工频泵站和变频泵站；液压泵站应可以在泵站设备列车和集控台处使用遥控器操控；系统应具有泵站运行时间均衡控制功能。系统能够动态控制液压泵站的运行时间，保证每台泵的运行时间基本相等以达到泵的运行寿命均衡。系统应能检测总管压力，并根据设置的压力值自动控制变频器转速和电子卸载阀的动作，保证系统压力在一定范围内恒定；系统应具有自动欠压启动功能，当泵站系统压力过低时，泵站控制系统将根据欠压值逐台启动就绪状态泵站，补偿总管压力；系统应具有空载停泵功能，当工作面需液量较小时，泵站空载时间到达设定值，控制系统自动的切除低优先级泵站，从而实现节能和减少泵站的磨损。泵站控制分站应设置有闭锁按钮，当设备出现故障时或认为禁止某台泵站运行时，可以直接按下该泵站上的闭锁按钮，禁止泵站运行；系统应具有故障泵站的自动投切功能。泵站系统运行过程中某台泵发生停车类故障(包括泵站本机闭锁)，控制系统能够自动停止故障泵并启动就绪状态的液压泵站。系统应具有爆管检测功能，当总管压力低于设定值并且延迟时间超过设定值时，泵站控制系统应紧急停车并报警。系统应具有自动补液功能，可根据液位状态、动态补偿液箱中的液位；系统应具有对泵站油、水和液箱完整的传感器保护，泵站应具有润滑油压力低保护，润滑油过温保护、吸液口压力过低保护、液箱超温保护、乳化油液位低保护、乳化液低保护、水位低保护；系统应具有与工作面内闭锁关联功能：在按下工作面内泵站的闭锁后系统应能禁止泵站的启动；系统应具有泵站的启停车语音预警和通话：泵站沿线需设置扩音电话，液压泵站启动时，控制台和整个工作面都应播报启动预警信号。液压泵站沿线应能直接与控制台和工作面进行通话；喷雾泵站应具有与采煤机运行关联功能，采煤机启动截割滚筒时，喷雾泵自动开启，在自动运行状态下，需保证系统的安全性。采煤机滚筒关闭时，喷雾泵会自动关闭。

2.5 供配电监控系统

供配电监控系统主控模块直接与移变、组合开关、磁力启动器和照明综保等数字矿山模块通信，控制各回路的通断，并读取设备的状态，进行集中显示和数据上传；主控模块可实现状态监视、无线及有线远程控制(包括操作、整定、复位、底层设备具备功能的停、送电等)。

2.6 通信控制系统

工作面集控主机应具有闭锁、通话、预警系统的主控功能；系统应实现控制台和综采工作面语音全覆盖，工作人员可以就近通话；三机、泵站、采煤机等设备启动和故障语音报警能够实现整个工作面的全覆盖；系统应能够播报各种语音预警及故障，具体需要播报至某台支架进行了闭锁，例如能够播报“xx号支架闭锁”、“采煤机上电”、“采煤机左截割启动”、“采煤机泵电机启动”、“xx号乳化泵启动”、“乳化液系统爆管”等，并且能够根据现场的需要灵活编辑；系统应能够通过连接井下程控电话网络，实现调度室对工作面沿线全局广播，能够直接与调度通话；系统应具有闭锁关联功能，系统可以将沿线闭锁关联到系统中的其他设备上，例如：采煤机、三机、泵站、顺槽胶带机；闭锁、电话模块内部控制单元宜采用模块化结构、模块胶封；闭锁应该能够显示发生的位置，闭锁模块发生故障时，系统应能够显示，闭锁模块发生故障时，闭锁系统仍然能够可靠停车；电话的扩音音量应>100 dB。