煤矿掘进工作面自动化远程控制技术的研究及应用

(中国平煤神马集团平顶山天安煤业股份有限公司六矿，河南 平顶山 467000)

0 引言

在我国社会经济高速发展中，对煤矿能源的生产和消耗都是十分庞大的，为了满足煤矿资源供应，对煤矿生产工作提出了很高的要求。 由于煤矿生产环境和内容十分复杂，往往煤矿资源生产存在很大的难度，为了提高煤矿生产水平，逐渐投入了煤矿机械自动化设备，而想要充分发挥煤矿机械自动化设备的作用，一定要做好对设备的自动化控制。

1 实例概述

本文就以平煤神马天安六矿戊9-10-22290风巷掘进工作面皮带、水泵，风机集控一体化安装与应用为例进行研究，为建立自动化工作面积累经验，为实现自动化、智能化、无人化矿井奠定基础，避免让更多的员工在危险的环境下工作。

戊9-10-22290风巷地面标高(m)+180～+310，井下标高(m)-610～-617，地面的相对位置为陈家沟。井下相对位置为东部是四六矿边界，西部是戊二下山保护煤柱，南部是戊8-22290-采空区，北部为实体。巷道上部为戊8-22250采空区，施工期间顶板压力大，地鼓、帮鼓、顶板下沉明显。该工作面设计长度为1 805 m，车场外围运输系统主要由原戊戊8-22250机车场返修改造而成，主要由出煤道、上山运输巷、风巷外段运输巷、风巷一号下山运输巷、风巷中段运输巷、风巷二号下山运输巷、风巷里段运输巷、切眼八部分组成，意味着将安装8部胶带运输机，该工作面采用综掘机掘进，风动钻机打帮锚杆，胶带输送机出渣，液压钻机施工顶锚及树脂锚索，采用综掘机掘进。该工作面水文地质情况中等，水源主要为顶板砂岩含水层、裂隙水及浅部老空水。

面对这种复杂的掘进条件，为了保证工作人员可以进行安全高效的生产工作，相关技术人员需要加强对煤矿智能化工作面进行研究，提高工作中的智能化和自动化，避免让更多的员工在危险的环境下进行工作。

2 自动化远程控制技术的实践及应用

由于该工作面地质条件、施工工艺、运输系统的复杂性，相关技术人员深入研究制定了一套符合现场实际的技术升级改造方案，决定采用皮带、水泵、风机集控一体化远程控制技术。控制部分接入井下的防爆计算机和地面的上位工控机，语音接入传输接口上传到地面的语音对讲。 KHP178K的通信端子与KHP178K-Z采用MODBUS RTU协议，硬件使用485进行通信。数据利用TCP协议传输，采用网线将数据同时传入到井下的防爆计算机和地面的集控调度室上位工控机。可选择不同的操作模式，如可以现场操作、井下控制室KHP178K-Z上控制操作、在防暴计算机上监控操作、在地面上位机监控操作。 KHP178K-Z主要由10.2寸触摸屏、西门子PLC 、语音模块、光纤K块组成，可以稳定控制皮带运行，水泵开关停开、风机倒台等功能还具有语音播报、打点、通话功能。

2.1 井下皮带的集控系统

煤矿井下运输离不开胶带，为了确保煤炭资源传送的连续性，必须要提高带式运输机的运输量及安全性，经过相关人员的不懈努力，该工作面运输成功实现集中控制。计算机的分布控制系统作为本煤矿胶带的运输的集中控制系统，在实际应用中发挥着良好的作用。皮带集控主要由KHP178K煤矿用带式输送机保护控制装置(每个皮带配置1台)、KHP178K-Z1台和若干皮带保护传感器、语音信号器等组成。 控制部分接入井下的防爆计算机和地面的上位工控机，语音接入传输接口上传到地面的语音对讲装置。

戊9-10-22290风巷将巷道内的8部皮带的KHP178K煤矿用带式输送机保护控制装置连接起来，在第三部皮带设立井下总终端控制点，井下操作人员可在此处进行皮带的操作。然后由网线经井下的信息接收器传至地面的上位工控机，实行井下与地面双监控、双管理，达到了8部皮带的正常运转与检测。

主站、 检测传感等都是控制系统的重要组成部分，一般在胶带机的现场对控制分站进行安装，这样就能对胶带机进行有效的控制，提升对信号的检测效率，对设备进行可靠的控制；在对胶带机进行控制时，不同的胶带机有不同的分站，实现对胶带机的单独控制。 在井下集中控制室中是主站的布区域，在对胶带运输系统进行控制时，可以分为手动与自动2种方式，一旦在运行过程中出现故障，就会对发生故障的位置与性质进行显示，还能够实现对胶带机和给煤机等启停以及相关皮带问闭锁控制等的遥控。 同时该系统在实际运行中，还能对物料的探测、 胶带的速度和跑偏与温度的保护等进行检测，这样就能极大地提升煤矿机作业时的可靠性与安全性。

2.2 掘进工作面风机、运输联动集控系统

由风机控制器KHP178K(每组风机配置1台)、1个KHP178K-Z和风筒传感器、瓦斯传感器、电流互感器组成，KHP178K和KHP178K-Z之间采用MODBUS RTU通信协议，RS485通信的A、B选用矿用屏蔽电缆。接线板的控制AB和语音AB都是直通接法，控制部分接入井下的防爆计算机和地面的上位工控机，语音接入传输接口上传到地面的语音对讲装置。

井下风机控制器与下井皮带终端控制器相连接，终端控制器可满足井下操作人员操作皮带时同时对风机进行监控管理。风机的管理权限也由井下的信号接收器传输到地面，避免了因风机出现故障，井下人员不能及时发现造成事故，可由地面的上位工控机及时发出警告，地面人员及时发现进行处理并通知井下人员，不但实现了远程控制也实现了地面、井下双重监测动态管理的目的，而且还进一步缩短了故障排除时间，确保了设备正常运转率。

2.3 水泵集控系统

由于该备用工作面水文地质条件复杂和地理位置特殊及巷道走线长度远，巷道积水点较多，因此需多台水泵联锁抽水才能达到安全生产标准化的要求。水泵集中控制系统由KHP178K(每个水泵配置1台)、1个KHP178K-Z和液位传感器(每个水泵配置1台)、电流互感器组成，KHP178K和KHP178K-Z之间采用MODBUS RTU通信协议，RS485通信的A、B选用矿用屏蔽电缆。接线板的控制AB和语音AB都是直通接法，控制部分接入井下的防爆计算机和地面的上位工控机，语音接入传输接口上传到地面的语音对讲装置。

目前戊9-10-22290风巷只有1台固定15 kW水泵。井下水泵控制器与下井皮带终端控制器相连接，终端控制器可满足井下操作人员操作皮带时同时对水泵进行监控管理。水泵的管理权限也由井下的信号接收器传输到地面。水泵设置有自动感应器，在水位达到设定水位线时，水泵会自动开启进行抽水作业，也可由地面的上位工控机设置定时抽水功能。

在戊9-10-22290风巷进行交面后，巷道内会设置多部水泵，采用水泵集控后，可大大避免了人工巡查抽水的浪费及因抽水不及时所造成的事故影响。

3 煤矿采掘设备集群控制的技术优势

1)减人。通过集控的自动化改造，让设备代替司机和巡检人员值班，可以大大减少采掘皮带巷道的工作人员。

2)节能。通过集控的自动化改造，控制主机根据传感器采集的信号，可实现有煤逆煤流开皮带，无煤可以顺煤流开皮带，皮带拉空自动停车的功能，可以有效减少皮带机空转带来的电能浪费。

3)增效。通过自动化监测监控，提高采掘皮带工作的稳定性和可靠性，可以有效减少皮带机空转带来的设备磨损，延长设备寿命，减少皮带托辊等耗材用量。

4)及时。发现风机故障，水泵水位过高，能够及时由地面的上位工控机发出警报，及时处理故障，通知井下人员进行故障查询。

4 结语

现阶段，我国煤炭的开采率仍然无法满足我国工业发展的需求，并且煤矿开采工作中，也会因为设备的老化、矿井环境等多方面因素的影响，而为工作人员带来威胁，只有良好的运用煤矿设备自动化技术，才能够真正地提升煤矿设备的安全性能与稳定性能，从而确保工作人员的安全，进一步提高煤矿开采工作的效率。