山西某煤矿运输工艺中集中控制系统的优化改造

孙嘉龙

（潞安化工集团能源事业部通风部， 山西 长治 046204）

引言

山西某煤矿综采工作面顺槽设备列车控制台处设岗2 人，负责查看供电系统工况状态、“三机”工作状态；运输机机头处设岗2 人，负责清捡转载机大块煤，防止大块煤堆积导致运输机、转载机停运；在皮带机尾马蒂尔处设岗2 人，检查皮带工况，及时人工调整马蒂尔姿态，防止跑偏撒煤；顺槽皮带运输机处设岗2 人，负责顺槽皮带运输机就地启停，同时观察皮带运输机运行状况。综合分析这些岗位，均存在占用岗位人员多、工作环境恶劣、粉尘大、噪声超标的特点，给员工的身心健康造成较大影响；并且这些岗位都可以通过集中控制系统实现自动化控制，达到降本增效、减员增效、本质安全的目的。

1 山西某煤矿集中控制系统概述

山西某煤矿是山西潞安集团下属的一座以采矿、洗选为主的特大型矿井，生产能力400 万t/年，附设一座300 万t/年选煤厂。矿井井田位于潞安矿区中东部，地跨长治郊区、潞城市、襄垣县三个行政区，开拓方式为斜井开拓，主采煤层为3 号煤层，煤种具有低硫、低灰、低磷、高热值的“三低一高”特性。集中控制系统项目现场情况如下：工作面采煤方式为放顶煤，采用前后部刮板运输机运输；工作面长度190～250 m，工作面采高3.3 m，工作面倾斜度±5°，运输顺槽长度1500 m；皮带运输机驱动为2×315 W 或2×400 W电机，工作面端头到设备列车长50 m；设备列车安装方式为地轨或者悬吊式，刮板运输机溜槽宽度为830 mm，转载机溜槽宽度为960 mm，设备列车每节长度为6 m。

2 集中控制系统改造要求

1）实现综采工作面前部刮板运输机、后部刮板运输机、转载机、破碎机、皮带运输机协调联动控制。

2）实现刮板运输机、转载机、破碎机、减速机振动检测与故障预警。

3）实现原有岗位关键位置的视频监控，视频按需提取，实现灵活的可视化管理。

4）实现设备电气工况数据的实时监测，支持多终端实时报警。

5）实现供配电设备的实时状态监测和统一管控。

6）实现综采工作面前部刮板运输机司机、后部刮板运输机司机、顺槽皮带运输机司机、电工、转载机司机五岗合一。

7）设备列车设置集控计算机，实现集中显示控制。

3 综采工作面运输系统集中控制改造方案

本次方案为该煤矿建设一套各种通信接口齐全、网络通畅及性能稳定的工业以太网网络平台，实现对综采工作面运输系统集中控制[1-3]。系统架构主要分为：网络通信系统、顺槽集中控制操作中心、工作面“三机”集控系统、供配电集控系统、顺槽皮带集控系统、其他辅助控制系统。

3.1 网络通信系统

有线网络系统通信：通过在工作面架构光缆、阻燃网线、一线通，从而实现工作面的网络通信系统，将工作面数据、视频通过网络系统传输至集控中心。

3.2 顺槽集中控制操作中心

顺槽集中控制系统是整个自动化综采工作面运输控制系统的中心，是所有数据与命令的载体。主要负责综采工作面运输系统配套设备信息采集、显示、数据汇总、人机对话操作、各子系统自动化协调联动运行。集控中心由两台高性能、高可靠的工业计算机构成，其中一台负责工作面数据集中显示，另外一台主要负责视频数据的显示。

3.3 工作面“三机”集控系统

1）运输系统具有就地和远程控制功能，且就地控制的优先级别高于远程控制，系统可在顺槽集控中心实现一键智能启停运输。该系统可实时判断运输系统各设备运行工况、上一级联动设备运行状态，实现运输系统的智能联动管控。

2）能够显示所有的工作面闭锁信息，方便控制台集中控制。

3）通过组合开关读取的数据，显示刮板运输机、破碎机、转载机的电流，并时刻观察设备的运行情况。

4）系统具备查看历史记录功能，如查看设备报警记录、历史数据曲线、历史操作记录。

3.4 供配电集控系统

1）完成供电系统的连接状态显示，设备掉线时能够准确地进行提示。

2）能够显示高压侧和低压侧的运行状态、系统电压、工作电流、额定电流、短路电流、过载电流、移变温度信息。

3）控制台能够对信息实现集中显示、集中控制，方便使用。

3.5 顺槽皮带集控系统

此次自动化改造是针对井下综采面控制台、“三机”、供电、顺槽皮带运输机的改造。通过改造，在顺槽设备列车配置操作室，内部放置两台防爆计算机[4-5]。在计算机上可以通过控制软件，控制前部刮板运输机、后部刮板运输机、转载机、破碎机、移变、组合开关、顺槽皮带运输机，同时在另一台计算机上通过视频监控画面监测机头、转载机处是否有大块煤、堆煤，以及马蒂尔皮带是否跑偏、堆煤，给操作人员提供直观的设备运行信息。

项目通过在综采工作面前部刮板运输机机头机尾、转载机、破碎机上配套数据采集控制装置、传感单元、通信单元，在设备列车配套顺槽集控中心，实现前部刮板运输机、后部刮板运输机、转载机、破碎机、顺槽皮带运输机协调联动运行，提高运输效率；实现对设备工况的实时在线监测、故障隐患的即时报警；实现供配电系统远程管控。将综采工作面前部刮板运输机司机、后部刮板运输机司机、顺槽皮带运输机司机、电工、转载机司机五个岗位合并成一个岗位，实现五个岗位工作区域核心管控。

3.6 其他辅助控制系统

3.6.1 泵站集中监控系统

1）在系统具有完善的传感器的前提下，可以实现乳化液泵站的系统压力检测，泵头油温检测、油压监测、水压监测。

2）具备乳化液泵站远程监控功能，能够远程启停增压泵（如果系统具备）、乳化液泵。

3）在系统具有完善的传感器的前提下，可以实现喷雾泵站的系统压力检测，泵头油温检测、油压监测、水压监测。

4）具备喷雾泵站远程监控功能，能够远程启停增压泵（如果系统具备）、喷雾泵。

3.6.2 视频监控系统

1）利用安装在工作面上的防爆摄像头，远程集中监控工作面机头、机尾的信息，随时利用广播远程提醒工作面存在的问题。

2）工作面标准配置为4 台摄像头，但是还预留有接口和带宽，最多可以接入6 部摄像头的远程画面。

3）利用摄像头可以实现禁区提示、异物识别等功能。

3.6.3 减速机振动异常检测

1）减速机振动异常，利用华夏天信自主开发的振动传感器作为核心设备，传感器利用磁性吸附在加速机检测振动表面处，之后便可以检测振动信号。

2）振动信号利用CAN 总线通信将数据传输给防爆计算机，防爆计算机利用数据库保存振动数据，并且进行数据分析，利用大数据检测、分析设备可能存在的异常[6-8]。

4 系统实施方案

在顺槽集控中心配套两台防爆计算机，1 号计算机实现数据监测和远程控制，2 号计算机实现视频监控显示；在顺槽集控中心配套一台防爆PLC，实现顺槽集中控制数据采集和处理；在工作面机头、机尾各安装一台防爆摄像头，实现工作面的远程监控功能；与华宁主控制器通信，实现工作面“三机”集中控制，将工作面语音通信控制系统接入系统，与组合开关通信实现组合开关远程分合闸、保护状态监测、故障告警、运行状态监测；与移动变电站通信，实现移动变电站高低压侧运行状态、保护状态监测、故障预警；在前后部刮板运输机减速机、破碎机减速机、转载机减速机安装振动传感器，并铺设通信线，实现振动数据的集中存储和显示。

5 系统改造效果

实现前后部刮板运输机、转载机、破碎机、顺槽皮带运输机一键联动启停；实现工作面运输系统的振动异常保护；实现工作面运输系统关键部位视频监控功能；通过与组合开关通信，实现组合开关运行状态监测、故障预警、远程分合闸控制；通过与皮带运输机变频器通信，实现对变频器运行工况的监测、故障预警、远程控制；将工作面语音通信控制系统纳入本系统，实现顺槽集中管控；通过与移动变电站通信，实现移变运行状态在线监测、故障预警；通过配套相关拾音器、摄像仪、传感器、通信信号转换器，代替人员实现对运输设备的远程管控；将顺槽皮带保护系统纳入本系统，实现皮带集中管控。

6 结语

集中控制系统在该煤矿运输工艺的应用，实现了刮板运输机、转载机、破碎机、顺槽皮带运输机的自动化检测、控制，集成化管控，达到降本增效、减员增效、本质安全的目的。