煤矿综采工作面自动化控制系统的研究

唐志章　侯成明　郭建

摘要：针对煤矿薄煤层综采工作面生产安全需求和响应国家“机械化换人、自动化减人”的科技强安专项而提出的，在“建立 煤矿薄煤层工作面综采工作面自动化开采模式”。通过整体配套适用于综采工作面自动化的集中控制系统成套装备，实现对综采工作面综采设备可靠、实时的监测和自动控制，将煤矿薄煤层工作面的采煤工作方式革新为计算机集中监测控制结合机械化的自动化采煤工作方式，为煤矿薄煤层工作面高效、安全、绿色开采提供科技和安全基础，达到综采工作面自动化采煤的目标，最终实现“机械化换人、自动化减人”的目标。

关键词：综采工作面;自动化;研究

1、系统设计原则

实用性——充分利用成熟的先进技术，避免盲目追求最新技术，同时又要防止系统处理能力不够。在满足用户对综采工作面自动化系统的技术要求和使用要求的情况下，充分考虑系统的实用性，使系统的功能尽可能地完善并充分加以利用，易于维护，整个系统易用、实用。

2、系统需要解决的问题

1.采煤机顺槽可视化控制

2.液压支架电液控制、自动跟机控制

3.液压支架、采煤机、运输设备联动控制

3、系统功能

3.1 综采工作面自动化顺槽集中控制系统

实现在顺槽监控中心对综采工作面采煤机、液压支架、刮板运输机、转载机、破碎机、皮带运输机、泵站系统、供配电系统的顺槽远程控制、工作状态远程监测监控、故障告警、故障记录;实现运输系统设备、泵站系统设备的一键启停、故障联锁急停、语音告警;实现采煤机记忆截割采煤;实现工作面液压支架自动跟机移架、推溜;

1）采集采煤机的位置信号，作为整个记忆切割和追机拉架的坐标，实现端头的精确定位，免避采煤机超出行程割断电缆，并实现视频图像的跟机切换。

2）采集采煤机的电流和速度，实现采煤机速度的闭环控制，调节不同位置的牵引速度，并结合运输系统的负荷大小，控制采煤量。

3.2 综采工作面视频监控系统

1）实现对安装传感器无法完成的设备状态进行可视化监视;

2）实现工作面的可视化管理。通过在刮板运输机机头机尾安装隔爆摄像仪、在液压支架上安装隔爆兼本安摄像仪、在采煤机上安装超级除尘摄像仪，实现采煤工艺实时监控;

3）以采煤机位置为坐标，实现对采煤机的视频自动跟踪切换;完成对整个工作面设备的可视化管理;

3.3 综采工作面采煤机自动化集中控制系统

1）能够监测采煤机的运行状态、牵引方向、采高、牵引速度、各电机电流、温度，各变频器的电流、指令速率、输出频率、采煤机实际牵引速度，左右滚筒采高及转速，油箱油温、油位等监测参数，采煤机在工作面实际位置，机身前后、左右倾斜角度，泵箱油温、油位，调高泵低压侧油压、瓦斯浓度、冷却水喷雾水压力、摇臂震动、电缆张力及行走部工况等和报警信息等数据。

2）通过监测采煤机的倾角和摇臂倾角的大小，计算采煤机的运行姿态，作为采煤机采高控制的依据。采集采煤机在工作面的位置，作为实现记忆截割的坐标。将采煤机的位置信号与支架电液控制系统中采煤机位置信号相比较，实现对采煤机位置的准确定位。

采煤工艺

11）记忆截割自动操纵软件应可以实现牵引速度与采高控制精度自适应调节，实现高精度自动记忆截割。

12）在远程模式时：如果出现通讯故障时采煤机能够实现自动停机。

13）采煤机对刮板输送机的相对位置采集精度能够精确到±2厘米。位置信号能够回传到顺槽集中控制操作中心。现场操作员或定位开关能够对采煤机的位置信号进行修正。采煤机的位置信号具备掉电自动记忆的功能。

3.5 综采工作面液压支架电液控系统

1、电液控制系统显示菜单语言为中文，控制器外壳材质采用不锈钢，具有较好的防尘、防水、防腐蚀及抗砸能力，同时控制器外加装全不锈钢控制器防护罩，防止冲洗支架时强压水冲刷及飞溅。

2、系统具有邻架单动作控制功能，可以对左右邻架或隔架进行单动作控制，实现本架电磁阀按钮的手动操作。

1）运输系统具有就地和远程控制功能

2）在集中控制系统实现对刮板运输机、转载机、破碎机的顺起逆停控制，起动顺序：皮带机→破碎机→转载机→刮板运输机;停止顺序：刮板运输机→转载机→破碎机→皮带运输机。

3）在就地模式下，可以实现单独启停刮板机、转载机、破碎机和皮带运输机。如果刮板机采用变频控制，集中控制系统只发送开机和停止命令，力矩平衡由其内部完成。如果用液力耦合启动方式，集中控制系统采用顺序延时启停。

4）實现工作面整个运输系统运行数据采集、监视;运输系统设备联动运行控制;

3.7 综采工作面供配电系统集中控制监测系统

1）完成供电设备漏电、过载、短路、断相、欠压、过压和变压器温度、绝缘检测、后备、接地、先导、故障诊断等保护功能。

2）通过与供电设备通讯，实现分合闸、断电保护等远程控制。

3）实现供电设备电流、电压、功率、绝缘电阻、故障信息的监测;

4）实现核心机电设备的启动、停止、反转、双速切换。

3.8 综采工作面泵站自动化集中控制系统

实现泵站系统运行数据采集、监视;实现泵站远程启停;实现泵站系统自动配液控制;在集控平台动态显示泵站控制系统的工作状态。显示泵站的运行状态，乳化液油箱油位高、低，泵站润滑油油位高、低，温度高低的报警。

1）通过对工作面的系统压力、流量及泵站的液箱液位、浓度、温度、曲轴箱油温等参数的采集，通过对数据进行处理后与存在其内部存储器的标准数据进行比较，自动控制主泵、备用泵的运行方式及实现对故障预警、加水、配液、反冲洗过滤站等控制功能，最终实现乳化液泵站的自动化运行。

2）配套泵站系统运行过程全自动化控制系统，实现泵站系统智能开机（随液压系统负荷智能控制泵站开机数量）。对系统压力自动监控;根据温度、压力和流量等物理量的变化自动预测支架液管支路或干线管路被压崩、多组阀组漏液等故障。

4、结束语：

通过配套一套完整的国产综采工作面全自动化生产技术装备，主要包括采煤机、液压支架、泵站、刮板输送机、破碎机、转载机、皮带输送机、负荷中心等设备的工作状态智能化监测与生产运行自动化集中控制，与工业电视监控技术无缝结合，

参考文献：

[1]  余成波、张莲、胡啸倩，自动控制原理，清华大学出版社2006（05）.

[2]  多尔夫，现代控制系统，电子工业出版社，2011（04）.

（作者单位：山西锦兴能源有限责任公司）