煤矿综采工作面自动化系统的设计及应用分析

2022-06-15于海锋

中国设备工程 2022年11期

于海锋

（济宁矿业集团有限公司安居煤矿，山东济宁 272059）

近年来，科技的不断发展促进了工业自动化控制技术的进步，煤矿生产中可以普遍地应用自动化生产控制技术。为此，煤矿生产中应创建和健全综采工作面自动化系统，结合先进的信息技术手段服务于煤矿生产工作，不但提升煤矿生产效率和质量，而且提升人员的安全性。

1 煤矿综采工作面自动化系统的设计

1.1 设计系统程序

设计的系统程序涵盖：采煤机随动视频监控、主控、液压支架控制等一系列系统，而主控系统主要包括泵站控制系统、自移机尾控制系统、三机控制系统、供电系统等。

1.2 一系列程序系统通信标准

一是作为煤矿综采工作面自动化系统的中心环节，主控系统非常重要，其应对一系列子系统进行有效地报警、显示、控制、监测等；二是采煤机液压支架控制系统和主控制系统间可以彼此进行通信，液压支架控制系统结合对采煤机位置的监测，能够分析和整理数据信息，再有效控制液压支架动作，进而使采煤机和液压支架联动的效果实现；三是立足于采煤机的记忆割煤，对采煤机随动视频监控系统进行配备，以实时化地呈现前后滚筒，方便地面集控中心的有关操纵者结合画面明确工作面煤层的实际现状，以使远程干预割煤的目的实现，确保采煤质量的提升；四是针对供电系统间的通信监控来讲，应构建移动变电站和组合开关间的通信标准；五是在泵站以及中央控制器之间建立通信连接；实现此接口与主控制器的有效连接可以使主控系统和泵站子系统控制之间的直接通信目标实现。

1.3 一系列系统间的控制标准

一是对于综采工作面主控系统而言，其可以监控以及查询供电系统的一系列参数（故障、报警、整定、运行等），需要有联网以及远程监控的作用。二是对于采煤机主控系统而言，不但应使远程干预与记忆割煤实现，而且应构建跟液压支架控制系统间的良好通信，以实时化地传输信息，确保相关工作者实时监控采煤机的运行以及故障动态。三是应有效连接三机控制系统和采煤机主控系统，以监控刮板输送机的载荷力，确保自动化控制泵站液位以及油箱油位。四是三机通信控制系统应自动化控制刮板输送机、转载机、破碎机等的闭锁、启停、连锁等情况，并且使工作沿线的通话作用目标实现。五是对开采设备的工作进展情况进行实时监测，出现故障问题，实时进行报警；刮板机以及转载机的实际荷载动态进行有效监控，根据荷载力的大小情况可以对煤机的牵引速度进行有效调整；采煤机的运行部位进行实时化、动态化地监测，确保实现对采煤机牵引速度的自动化调整；监测乳化液泵站的运行动态，分析、整理、概括有关数据监测完之后的数据信息，这样可以对煤矿生产的实施动态进行有效地把控。监测程序流程如图1所示。

图1

2 煤矿综采工作面自动化系统的应用

2.1 综合控制

煤矿综采工作面应用的具体设备而言，其涉及范围较广，存在非常多的种类，涵盖的设备有采煤机、破碎机、乳化液泵站、自移机尾、刮板输送机等。煤矿对自动化工作面设备的配置应保障有效统一输电系统，使综采工作面和地面集控中心间更加实时性地传输数据信息，对煤矿开采的进展情况进行实时地把控。

2.2 乳化液泵自控

煤矿综采工作面自动化系统，乳化液泵站属于中心组成部分，应实现其液控以及电控自动化能力的强化，确保泵站运行状态的安全与稳定。集控中心能够对泵站运行的实时化动态进行有效地监控，结合监测到的信息，使系统的压力波动适当减缓，自动化地控制泵站运行。

2.3 输送机械设备集中控制

输送机械设备重点涵盖自移机尾、破碎机、刮板输送机以及转载机，在煤矿开采时综采工作面自动化控制系统的建立与完善，能够自动化地控制设备的启停动态情况。结合自动化系统集中控制输送机械设备，使紧急闭锁以及远程控制等一系列作用实现，即使发生故障的情况，可有效地能保障有关工作者的生命健康和安全。

2.4 采煤机记忆割煤以及远程干预割煤

采煤机控制中有效地发挥自动化系统的优势作用可以使高效的记忆割煤以及远程割煤目标实现，降低了工作者的劳动负荷实现割煤效率的提升。将远程操纵平台设置于煤矿综采工作面自动化系统，有效连接操纵平台和采煤机，以双向通信的方式进行连接，将采煤机的运行动态信息快速地传输给集控中心，根据实现对采煤机运行动态的远程监控。

2.5 负荷平衡控制

煤矿综采工作面自动化控制系统应及时监控有关设备的输送强度，保障不会由于过载的情况而使相关设备受到损坏。自动化控制系统向集控中心输送设备运行信息。若输送设备承受的压力值较大，系统将命令自动地发出，以此实现采煤机牵引速度的减小，减小速度之后的落煤量以及破煤量会显著地减少，进而使输送设受到的负荷明显地减轻，确保设备的负荷在准许的范围之内。

2.6 采煤机随动视频监控系统

当前应用的井下煤岩识别系统依旧比较稚嫩，难以对岩石或煤进行非常精准地识别，进行自动化割煤的情况下较易割到岩石，使煤的发热量受到不利影响，为了提升煤矿生产质量，应将随动视频监控系统安装在工作面，适时显示前后滚筒的运行状况，地面集控中心准确地判断煤炭以及设备运行的情况，远程干预采煤机前后滚筒，使割岩率减小、材料质量提升的目标实现。

3 应用实践案例

5302综采工作面位于-1155m水平五采区，开采煤层为3上煤，地面标高为+34.0～+36.0m，工作面标高为-1206～-1292m，工作面回采长度为485m（平距），工作面宽度为150m（平距）,开采面积为72664m2，其位置及井上下关系见表1。

表1

3.1 自动化控制模式选择

功能设置：机型、控制地、模式设定。进入设置界面，通过操作左牵、右牵按钮，切换光标至需要设置的项目，选定的项目光标整体闪烁。选定要设定的项目，通过操作上升、下降按钮将该项目调整到需要的设定内容。控制地设定：

（1）当不使用远程控制和记忆截割功能或在学习状态时选择本地控制。

（2）当同时使用远程控制和记忆截割功能时选择外部控制。

（3）当仅使用记忆截割（或远程干预）功能时选择记忆截割（或远程干预）模式。四是模式设定。①在控制地设定为本地控制，模式设定为学习模式时，采煤机处于学习状态，记录运行数据，形成示范刀数据，为记忆截割提供依据。②其它情况选择记忆模式。

3.2 采煤机的启动和停机

采煤机启动和停机,借用动力电缆一根控制芯线,使采煤机的控制回路与磁力启动器先导回路相接,组成远地控制回路。采煤机启动只有一处1S1启动按钮；停机有五处：分别为左、右端头站的总停，左、右遥控器的总停，1S15急停按钮。

3.3 运输机的控制

按下1S14闭运按钮,即可在采煤机上控制运输机的停机(只控制停机,不控制启动)。采煤机检修时运输机应闭锁。

3.4 电磁阀的控制

采煤机上所用的电磁阀全部为隔爆电磁阀。控制采煤机左、右摇臂的升降，破碎电机的升降。通过操作左、右端头站或左、右遥控器上的上升、下降、破升、破降按钮或泵箱上的手动可实现左、右摇臂及破碎头的升、降。

3.5 采煤机的操作方式

可以在左、右端头站，左、右遥控器及电控箱上对采煤机进行操作。也可以手动操作左右摇臂的升降。遥控器有左、右之分，左、右端头站和遥控器上各自有8个按钮，分别为总停、牵停、左行、右行、上升、下降、破升、破降。

3.6 牵引控制

两台变频器各自是主、从变频器。设置主变频器为速度给定,设置从变频器为转矩给定。结合呈现的画面提示将遥控器“右牵”或“左牵”按钮按下，变频器整体即运行，采煤机根据选择的方向保持相应速度的牵引。按钮被按的时间愈长，采煤机具备愈大的牵引速度。倘若采煤机业已进行左牵引，想要减速，那么应将右牵引按钮按下，采煤机牵引速度会逐步减小为零。这个时候，抱闸也会动作。在要求暂停牵引的情况下，那么将遥控器牵停按钮按下，那么采煤机即暂停进行牵引。