自动化控制系统在303综采工作面中应用分析

张攀峰

（山西煤炭进出口集团左云长春兴煤业有限公司，山西 大同 037100）

1 概 述

山煤集团左云长春兴煤业有限公司井田内共分东盘区、南盘区、北盘区三个盘区，盘区内回采煤层为22#石炭系煤层，煤层平均厚度为10m，煤层结构复杂。303综采工作面位于北盘区，工作面走向长度为1800m，倾向长度为230m，由于受工作面南侧f11断层影响，303工作面头尾顺槽沿东南方向施工400m后以135°转角继续向东施工1400m到位。

303工作面采用综合机械化走向长壁后退式大采高低位放顶煤回采工艺，工作面采用型号为ZF13000/25/38型液压支架进行顶板控制，采用型号为MG500/1180-W采煤机割煤，采用型号为SGZ1200/1400刮板输送机运煤。由于工作面在回采期间机电设备分散，设备集中控制系统不完善，在回采过程中一般需10～15名操作工对各个设备进行操作维护，且工作面回采效率相对较低。针对这一情况山西煤炭进出口集团左云长春兴煤业有限公司对303工作面设计一套自动化集中控制系统，并试运行三个月。

2 综采面自动化控制系统设计

303综采工作面主要采用型号为SAM自动化控制系统，系统主要由地面监控室、井下监测站两大部分组成，地面与井下采用铠装光缆进行连接。井下监测站主要设置在303运输顺槽距工作面100m处，随工作面的推进可随着前移。井下监测站主要集中控制工作面采煤机监控系统、三机控制系统、液压支架控制系统、视频监控系统以及泵站监控系统等。

2.1 液压支架控制系统

303综采工作面回采期间液压支架采用型号为ZE07-01电液控制系统（由中国矿业大学研发），该控制系统主要由压力传感器、红外线发射装置、行程传感器、双线CAN接口等部分组成，压力传感器主要安装在支架立柱上，红外线发射装置安装在采煤机上，行程传感器安装在液压支架推移千斤顶内，从而实现对顶板压力监测、液压支架跟随采煤机自动操作和液压支架推进量程等功能。同时通过双线CAN接口及时将液压支架基本控制功能（如支架闭锁停止功能、故障显示及报警功能、跟机自动控制功能等）传递至运输顺槽监控站。

2.2 采煤机监控系统

303工作面采煤机在割煤期间通过CAN接口与运输顺槽监控站进行数据接收、传输等，从而实现了井下监控站、地面监控中心对采煤机运行过程中的安全参数、回采速度、回采方向、回采位置、采高等进行监测控制。同时通过储存模块实现记忆割煤，以及通过液压支架电液控制系统中的红外线发射装置监测采煤机具体位置，并经过主机对收集信息处理后液压支架控制器及时完成采煤机前方支架自动收缩护帮板、采煤机后方支架自动移架推溜等动作，实现了采煤机跟机自动化作业。

2.3 三机及带式输送机监控系统

303综采工作面三机集中控制系统主要由主控制器、三机开关、隔爆电源箱、远程控制箱、超温洒水压力开关、各种传感（温度传感器、速度传感器、堆煤传感器、撕裂传感器、跑偏传感器等）、闭锁等部分组成。主控制器安装在运输顺槽监控站内采用独立操作台，主控制器分别对三机开关实现联锁作用。当带式输送机出现跑偏、撕带、堆煤、超温等故障时，通过RS485通信接口及时将信号传递至KTC101型控制器，控制器接收信号后及时对三机开关进行闭锁作用，并在中控屏上直观显示故障类型及故障地点，从而实现三机自动化控制。

2.4 泵站控制系统

303综采工作面泵站集中控制系统主要由输入模块、控制中心、输出控制模块等三部分组成，监控站通过以太网通信接口与泵站控制系统进行连接，在泵站控制系统中包含若干个传感器如压力传感器、液力传感器、油温传感器、流量传感器等，通过传感器采集信息及时传递至运输顺槽监控站，并发出对泵站控制系统中卸载阀打开或关闭指令，从而得到调节系统出口处的乳化液流量、压力的目的。同时可实现对泵站的单、多台泵进行启停控制、数据采集等。

2.5 视频监控系统

303综采工作面视频监控系统主要由矿用隔爆网络摄像仪（JT-2185F10）、显示器以及操作台等部分组成，摄像仪安装在工作面液压支架顶梁上，303工作面每10架支架安装两台摄像仪，一台垂直工作面煤壁安装，主要对工作面采煤机运转情况进行监视，另一台平行工作面布置，主要对工作面倾向动态情况进行监视，摄像仪通过以太网实时将收集画面信息上传至视频监视器，从而实现了监控站及地面控制中心对综采面可视化监控。

3 应用效果分析

山西煤炭进出口集团左云长春兴煤业有限公司北盘区303综采工作面SAM自动化控制系统试运行三个月，在试运行期间通过系统控制效果发现具有以下优点：

（1）实现工作面机械设备集中控制，降低劳动强度。303工作面在采用该系统前每一台设备需2～3人进行操作维护，工作面回采期间需15名操作工，而采用集中控制系统后工作面完全实现了无人或少人作业，在试运行期间工作面安排2人进行操作维护，运输顺槽监控站安排1人进行监控，头尾巷各安排1人进行顶板控制，由此可见大大降低了工作面劳动强度及劳动费用。

（2）加强工作面设备运行数据传输。303工作面采用的SAM型自动化控制系统主要通过千兆以太网进行数据传输，大大提高了数据传输速度及数据传输质量。

（3）提高工作面回采效率。303综采工作面在采用集中控制系统前，在生产班期间设备故障率高，经常影响工作面正常回采，每班平均割煤刀数为3刀，全天割煤刀数为6刀（早、夜班生产班，二班检修班），而采用SAM自动化控制系统后实现了各个设备集中控制及监测，设备在出现故障前能够及时发现隐患并及时处理，降低了生产班设备事故率，每班平均割煤刀数增加至5刀，日割煤进度达7m。

4 结语

在303综采工作面采用SAM自动化控制系统后彻底解决了综采面设备集中控制效果差、采煤效率低等难题，完全实现了综采工作面无人或少人作业模式，有效提高了工作面回采效率，降低了机电设备故障率及劳动成本费用，取得了显著的经济效益、安全效益。