自动化技术在综采工作面的应用

栗平生

（晋能集团晋中有限公司， 山西 晋中 030600）

引言

我国煤矿资源受地质条件影响，以及开采设备和技术的限制，煤炭利用率不高。这些年来，随着机电一体化技术的不断发展，综采工作逐渐向无人化、大型化、自动化以及高效化方向发展。

1 综采工作面概述

综合机械化采煤简称综采，是指采煤工作面的全部生产过程，包括了破煤、装煤、运煤、支护、采空区处理、回采巷道运输以及掘进过程的全部机械化。它的设备主要是“三机”以及其他附属设备，“三机”即自移式液压支架、可弯曲刮板输送机、采煤机，其他附属设备有转载机、可伸缩的皮带运输机、乳化泵站以及供电设备。煤矿综采工作面技术较为复杂，设备应用较多，当前的煤矿一般要用到近200 台设备以及200 组支架共同运转，自动化难度较高。目前的综采工作面系统一般分为五大系统，见表1。

煤矿综采工作对自动化控制系统有较高的要求，以保证煤矿的高效运行以及安全生产。综采工作面系统应能实现远程集中控制、就地集中控制、就地分布控制[1]，这不仅能对工作面上的采煤机、运输机、破碎机、转载机等进行检测和控制，也能对供电系统、动力系统进行检测和控制。同时综采工作面应具备有各个工作点位的视频监测，系统故障时能够第一时间完成故障检测。电路故障是导致井下事故的主要原因之一，必须具有可靠的过流保护系统，过流保护装置禁止出现误动和拒动，需要对井下瓦斯含量进行实时检测，应有警报和应急机制，见图1。

表1 综采系统的构成

图1 综采工作面的要求

由于我国对煤矿安全的要求越来越高，综采工作面趋向于无人化方向发展，无人自动化工作面已经成为了世界前沿技术。它最大的优点是人不在工作面内，通过无线或有线控制，实现割煤、转架、移动支架以及顶板支护等工艺流程，最终达到生产自动化、信息化以及智能化的目的。

2 综采工作面系统的构成

2.1 采煤机控制系统

在实际生产中，采煤机的自动控制是根据预先设置好的参数进行调节，而人工控制仅作为辅助。采煤机的两个重要控制方面是滚筒高度控制和牵引控制，实际生产中，采煤机的控制需要根据实际的地质情况进行选择。采煤机控制中比较重要的是首刀控制，因为各种类型的采煤机都需要对首刀的参数进行确定并存储。然后根据首刀参数进行修改，这样才能做好恒定的控制。其次是记忆割煤技术，将传统的人工割煤参数输入系统，然后再根据人工辅助作用对这些参数进行修正，这样采煤机的适应性可大大提高[2]。

我国的交流电牵引采煤技术比较成熟，例如：上海天地科技股份有限公司的MG750/1915-WD 型交流电牵引采煤机在国内各采煤工作面上都得到了很好的应用。图2 是采煤机自动化控制系统示意图。

图2 采煤机控制系统

2.2 液压支架控制系统

在割煤作业中，采煤机完成割煤后，需要对液压支架进行移动，这就需要采煤机实时向液压支架传输采煤机的位置信息和相关数据，从而确定采煤机的位置数据。一般液压支架都装有红外线接收器，能够实时接收采煤机传输的信息，确定位置。液压支架根据位置信息分析和判断后，进行反馈动作，它的控制系统主要是PM4 电液控制系统。液压支架的控制需要根据预先设置好的程序运行，能够实现单架、成组控制以及全工作面的控制。我国的液压支架系统也在逐渐成熟，例如：在2012 年年末在伊泰京粤酸刺沟矿业投入使用的SAC 型ZF21000/25/45D 液压支架电液控制系统，是由北京天地玛珂电液控制系统有限公司设计制造，它的整体性能完全达到了世界先进水平[3]。

移动式液压支架未来主要朝以下方向发展：一是不断向标准化、通用化方向发展；二是将不断开发高精度、高灵敏度的传感器，增加传感器的可靠性和使用寿命；三是提高设备的自动化、数字化，人机交互，能够实现自动校对和自动修正。

2.3 输送机控制系统

输送机的工作是根据实际工作电流和刮板受力情况进行的。因此自动化控制系统需要实时监控综采工作面的各项参数。通过控制负载来控制输送机的运输速度，以便采煤机调整控制落煤量。

如果在采煤过程中，输送机电流过大或刮板受力过大，输送机就能够根据实际情况将这些信息与预先设置好的信息进行比对，将比对结果形成电信号反馈至采煤机。采煤机根据反馈信号降低工作速度，如果有必要，能够及时停车，以确保工作面的安全以及生产的高效性。目前的运输机采用CST 系列调速起动，效率更高[4]。

2.4 综采自适应过流保护系统

目前有较多的煤矿采用了自适应的过流保护装置，能够实现瞬时电流速断、限时电流速断、定时电流保护以及自适应的过载保护。它的主要特征是能够根据电流的变化进行整定值的调整[5]。

2.5 “三机”工况故障诊断系统

为了保障“三机”在工作面上安全可靠运行，需要装配有三机工况自动检测与故障诊断系统。可以利用ACTS 自动调链装置以及各种可控驱动装置、CST 可控驱动装置，使三机系统向智能化发展。

2.6 预警系统

灾害自动预测预报系统对瓦斯含量、地热程度、工作面的顶板压力、水体情况进行全面的监测，将信息发往控制中心，再利用控制中心的评价软件进行评价事故事件发生的危险性及发生概率，这样避免了因为地质条件而发生井下事故的可能性，保证了井下人员和设备的安全，也为下步的开采提供数据支持。

3 结语

随着综采工作面技术的不断发展，综采工作面相关工艺也在不断发展。综采工作面必须考虑工作面位置与相邻综采工作面的关系、回采范围以及地面因素等。自动化采煤技术的应用在大大提高生产效率的同时，也提高了煤矿的安全性。目前综采工作面的自动化技术正在向无人自动化方向和智能化方向发展。在不同的地质条件下，自动化技术的适应性也在不断提高，未来无人工作面采煤工艺智能化发展将成为可能。