神寧集團梅花井煤礦1102206綜采自動化工作面開采技術(shù)應(yīng)用

翟文

(神華寧夏煤業(yè)集團 梅花井煤礦,寧夏靈武 751400)

神寧集團梅花井煤礦1102206綜采自動化工作面開采技術(shù)應(yīng)用

翟文

(神華寧夏煤業(yè)集團 梅花井煤礦,寧夏靈武 751400)

介紹了梅花井煤礦1102206綜采自動化工作面總體設(shè)計方案,對其各子系統(tǒng)進行了闡述。分析自動化工作面的采煤工藝,重點介紹了綜采自動化工作面自動控制系統(tǒng)的總體設(shè)計,分析了自動控制系統(tǒng)的控制原理。建立了地面監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)對整個綜采工作面集中監(jiān)控。

綜采自動化控制系統(tǒng)采煤工藝地面監(jiān)控系統(tǒng)

綜采工作面是礦井生產(chǎn)的核心，對綜采工作面進行自動化控制是現(xiàn)代化礦井實現(xiàn)生產(chǎn)管理現(xiàn)代化的關(guān)鍵，神寧集團梅花井煤礦1102206綜采自動化工作面的順利實施，探索出了工作面少人化、無人化的技術(shù)路線。促進了神寧集團煤礦綜采技術(shù)進步，對降低工人勞動強度、提高綜采生產(chǎn)效率、減少人員、降低勞動風(fēng)險具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 1102206綜采工作面基本情況

1.1 1102206工作面概況

梅花井煤礦1102206工作面可采儲量426萬噸，工作面走向長度4200米，傾斜長度225米，平均采高3.5米，煤層傾角9°～20°度，有煤塵爆炸性，2-2煤自燃傾向性等級為Ⅰ級，屬于容易自燃煤層。

1.2 綜采自動化工作面設(shè)備配套

1102206綜采自動化工作面設(shè)備配套主要由采煤機，刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、可伸縮膠帶輸送機聯(lián)合運煤，二柱掩護式液壓支架、乳化液泵站、噴霧泵站、移動電站、組合開關(guān)等組成，主要參數(shù)及型號見表1。

1.3 1102206綜采工作面自動化控制概況

梅花井煤礦1102206綜采自動化工作面的有序?qū)嵤?，推進自動化采煤技術(shù)在實際采煤生產(chǎn)過程中實現(xiàn)：以采煤機記憶割煤為主，人工遠程干預(yù)為輔；以液壓支架跟隨采煤機自動動作為主，人工遠程干預(yù)為輔；以綜采運輸設(shè)備集中自動化控制為主，就地控制為輔；以綜采設(shè)備智能感知為主，視頻監(jiān)控為輔；即“以工作面自動控制為主，監(jiān)控中心遠程干預(yù)控制為輔”的工作自動化生產(chǎn)模式，實現(xiàn)“無人跟機作業(yè)，有人安全值守”的開采理念。

2 綜采自動化工作面總體方案設(shè)計

2.1 綜采自動化工作面控制系統(tǒng)構(gòu)成

將采煤機控制系統(tǒng)、支架電液控制系統(tǒng)、工作面運輸控制系統(tǒng)、三機通信控制系統(tǒng)、泵站控制系統(tǒng)及供電系統(tǒng)有機結(jié)合，實現(xiàn)對綜合機械化采煤工作面設(shè)備的協(xié)調(diào)管理與集中控制。實現(xiàn)集視頻、語音、遠程集中控制為一體綜采工作面自動化控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工作面采煤機、刮板運輸機和液壓支架等設(shè)備的聯(lián)動控制和關(guān)聯(lián)閉鎖等功能。如圖1所示。

圖1 綜采自動化工作面集成控制系統(tǒng)示意圖

表1 1102206綜采工作面設(shè)備配套選型

綜采自動化工作面控制系統(tǒng)主要由三部分組成，包括綜采單機設(shè)備層(第一層)、順槽監(jiān)控中心(第二層)、地面(第三層)。在工作面原有采煤機、液壓支架、刮板輸送機等單機子系統(tǒng)的層級之上構(gòu)建了統(tǒng)一開放的100M工業(yè)以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)單機設(shè)備信息匯集到順槽監(jiān)控中心的隔爆服務(wù)器上，供其分析決策與控制。

圖2 采煤機自動割煤象限圖

2.2 綜采工作面工業(yè)以太網(wǎng)

利用工作面的綜合接入器、光電轉(zhuǎn)換器和交換機，建立一個統(tǒng)一開放的工作面100M工業(yè)以太網(wǎng)，構(gòu)建控制平臺。使工作面設(shè)備連接到順槽集控中心的隔爆服務(wù)器，實現(xiàn)工作面設(shè)備信息匯集。工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理方面具備虛擬局域網(wǎng)(VLAN)、流量優(yōu)先級等網(wǎng)絡(luò)帶寬管理功能，保證最重要的數(shù)據(jù)流能動態(tài)地獲得最優(yōu)先的帶寬支持，同時具有網(wǎng)絡(luò)狀況自診斷功能。工作面以太網(wǎng)主要由本安型綜采綜合接入器、本安型光電轉(zhuǎn)換器、本安型交換機、礦用隔爆兼本質(zhì)安全型穩(wěn)壓電源、4芯鎧裝連接器、礦用光纜等組成。

2.3 綜采工作面視頻系統(tǒng)

綜采工作面視頻系統(tǒng)主要由采煤機機載視頻、液壓支架視頻系統(tǒng)、兩部膠帶輸送機機頭視頻系統(tǒng)、乳化泵泵站與噴霧泵泵站視頻系統(tǒng)、刮板輸送機的機頭與機尾視頻系統(tǒng)、轉(zhuǎn)載機機頭視頻系統(tǒng)、監(jiān)控中心內(nèi)部視頻系統(tǒng)所構(gòu)成。礦用本質(zhì)安全型攝像儀的視頻數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)降V用本質(zhì)安全型顯示器顯示，礦用本質(zhì)安全型顯示器可以同時顯示3臺礦用本質(zhì)安全型攝像儀拍攝的圖像，并可跟隨采煤機運動自動切換顯示采煤機附近3臺視頻圖像，實現(xiàn)了整個綜采工作面視頻系統(tǒng)的無縫連接。

3 綜采自動化工作面生產(chǎn)工藝研究

3.1 液壓支架自動化工藝

梅花井煤礦綜采自動化工作面液壓支架自動化控制的主要目標是實現(xiàn)工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)跟機自動化與遠程人工干預(yù)控制相結(jié)合的自動化采煤模式。以往的電液控制系統(tǒng)大多局限于工作面中部跟機自動化的調(diào)試，并且沒有在實際生產(chǎn)過程中使用，而梅花井煤礦在普通SAC電液控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，深入研究井下實際采煤工藝及工人操作方式。

根據(jù)自動化割煤工藝，完善了SAC電液控制系統(tǒng)的原有功能，實現(xiàn)了工作面兩端頭跟機自動化，具備了整個工作面的跟機自動化功能。經(jīng)過在梅花井煤礦自動化工作面的實際應(yīng)用，該系統(tǒng)完成了全工作面的跟機自動化調(diào)試，證明液壓支架自動化工藝滿足割煤工藝的實際生產(chǎn)需求，首次在傾斜綜采工作面成功實施全工作面跟機自動化。

3.2 采煤機自動化割煤工藝

根據(jù)1102206綜采工作面實際地質(zhì)情況，采用雙滾筒采煤機雙向自動化記憶割煤，刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、可伸縮膠帶輸送機聯(lián)合運煤，兩柱掩護式液壓支架支護頂板，采用全部垮落法處理頂板。采煤機自動記憶割煤工藝引入十四象限(或稱十四工作區(qū)間)概念，如圖2所示。

4 自動控制系統(tǒng)總體設(shè)計

在順槽列車上打造一個“井下中央控制室”。操作者只需坐在監(jiān)控中心即可通過顯示器觀察到工作面的情況，通過語音通信進行調(diào)度、聯(lián)絡(luò)，通過操作臺遠程操控工作面相應(yīng)設(shè)備。

4.1 全自動控制模式

將集成控制系統(tǒng)設(shè)置為“全自動化”工作模式，通過“一鍵”啟停按鍵啟停工作面綜采設(shè)備全自動化?！耙绘I”啟停功能包括：泵站啟停、1部和2部膠帶輸送機啟停、破碎機啟停、轉(zhuǎn)載機啟停、刮板輸送機啟停、采煤機記憶割煤程序啟停、液壓支架跟隨采煤機自動化控制程序啟停，全自動化啟停。自動化運行過程中，實時監(jiān)控工作面綜采設(shè)備運行工況，當(dāng)設(shè)備運行異常，在監(jiān)控中心操作人員可以通過人工干預(yù)手段對設(shè)備進行遠程干預(yù)，如采煤機搖臂的調(diào)整、液壓支架的動作等(如圖2)。

4.2 分機自動控制模式

采煤機智能控制系統(tǒng)依據(jù)采煤機調(diào)高油缸行程傳感器，實現(xiàn)采煤機的記憶割煤和遠程干預(yù)等功能，實現(xiàn)以記憶割煤為主，遠程控制為輔的生產(chǎn)工作模式。通過實時感知搖臂的高度，作為采煤機的智能調(diào)高系統(tǒng)的反饋依據(jù)，根據(jù)工作面煤層賦存條件實時改變搖臂高度，調(diào)節(jié)前后滾筒，實現(xiàn)采煤機自動割煤操作。根據(jù)采煤機儲存系統(tǒng)中上一次割煤過程中存儲的煤層賦存曲線，采煤機能夠自動化的調(diào)節(jié)前后滾筒，實行自動割煤操作。依據(jù)采煤機主機系統(tǒng)及工作面視頻，通過操作采煤機遠程操作臺實現(xiàn)對采煤機的遠程控制功能，可以對采煤機進行啟?？刂?、運行速度控制和前后滾筒搖臂高度控制等。

液壓支架電液控制系統(tǒng)在標配基礎(chǔ)上，通過增加接近傳感器、傾角傳感器等以實現(xiàn)液壓支架的自動化控制。在護幫板安裝接近傳感器，依據(jù)傳感器值判斷護幫板是否收到位，防止采煤機自動化割煤時與液壓支架發(fā)生干涉。在調(diào)試初期階段，不斷對控制軟件進行改進升級，實現(xiàn)了液壓支架的輔助動作可與支架移架的主要動作同時進行。同時，實現(xiàn)了鄰架升柱到初撐力壓力值時，本架即開始動作的功能，減少了相鄰支架動作的相對時間。通過改進基本實現(xiàn)了平均每個支架移架時間15秒左右的目標，可以滿足采煤機最高12米/分鐘的運行速度。該工作面開采過程中必須使用的三個基本跟機功能：跟機收伸縮梁護幫、跟機移架以及跟機推溜。

4.3 分機集中控制模式

(1)具有在監(jiān)控中心對采煤機工況監(jiān)測與遠程集中控制功能采煤機工況顯示，以采煤機計算機主畫面和視頻畫面為輔助手段，在記憶割煤過程中，通過操作臺進行遠程干預(yù)操作。(2)具有在監(jiān)控中心對液壓支架工況監(jiān)測與遠程集中控制功能，通過電液控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸，在監(jiān)控中心顯示出電液控制系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)信息。同時，通過以太網(wǎng)傳輸，在監(jiān)控中心顯示出工作面支架視頻畫面，以電液控計算機主畫面和工作面視頻畫面為輔助手段，在跟機自動化割煤過程中，使用液壓支架操作臺進行遠程操作，人工干預(yù)支架動作，以滿足較為復(fù)雜的地質(zhì)條件。(3)具有在監(jiān)控中心對運輸設(shè)備集中自動化控制功能，主要包括綜采工作面刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、破碎機以及兩部膠帶輸送機的啟?？刂疲▎为殕⑼?、順序關(guān)聯(lián)啟停等功能，并且通過采集到的設(shè)備數(shù)據(jù)對運行情況起到監(jiān)測功能。

(4)具有在監(jiān)控中心對泵站系統(tǒng)集中控制功能，對整個泵站系統(tǒng)的關(guān)鍵運行參數(shù)進行實時在線監(jiān)測，并通過這些參數(shù)的數(shù)值對泵站進行集中控制。

5 地面監(jiān)控系統(tǒng)

5.1 地面監(jiān)控系統(tǒng)平臺

在地面調(diào)度室建立了以“地面數(shù)據(jù)服務(wù)中心”為主的大屏幕顯示系統(tǒng)，實現(xiàn)了對整個工作面集中監(jiān)控。地面監(jiān)控系統(tǒng)將工作面綜采設(shè)備有機結(jié)合起來，實現(xiàn)在地面調(diào)度指揮中心對綜采工作面設(shè)備的遠程監(jiān)測以及各種數(shù)據(jù)的實時顯示等，為地面管理人員提供實時的井下工作面生產(chǎn)及安全信息。

5.2 流媒體服務(wù)

采用了先進的流媒體服務(wù)器技術(shù)，它將多個客戶端對同一個攝像頭的流媒體訪問進行代理，極大的減輕了前端網(wǎng)絡(luò)攝像頭的負荷和礦井環(huán)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)帶寬負荷，也實現(xiàn)了礦井環(huán)網(wǎng)和管理網(wǎng)絡(luò)的之間跨網(wǎng)段的視頻發(fā)布。管理人員通過辦公網(wǎng)絡(luò)，就可以實現(xiàn)遠程訪問工作面的攝像頭，進行視頻實時監(jiān)控。

6 結(jié)語

(1)梅花井煤礦1102206綜采自動化工作面是神寧集團信息化、自動化程度最高、產(chǎn)量最高的綜采工作面，是成套裝備自動化系統(tǒng)的應(yīng)用典范，實現(xiàn)了綜采工作面設(shè)備順槽集中控制和地面遠程監(jiān)控等功能。(2)綜采自動化工作面的正常運行，工作面作業(yè)人員由9人減少至4人，一個圓班割煤最高達到23刀，工作面最高月產(chǎn)46.5萬噸，綜采自動化工作面的順利實施達到兩點效果：一是將工人從操作工變成巡檢工，大大降低了工人的勞動強度；二是將工人從危險的工作面采場解放到相對安全的順槽監(jiān)控中心，提高了工人的安全系數(shù)，該項目的順利實施將對煤礦生產(chǎn)有著巨大的影響。(3)梅花井煤礦1102206綜采自動化工作面的順利實施，填補了神寧集團在綜采工作面自動化領(lǐng)域的空白，促進了神寧集團煤礦開采技術(shù)進步，對提高綜采生產(chǎn)效率、有機結(jié)合精益化管理工作具有重大現(xiàn)實意義。

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This paper introduce the overall design of 1102206 Full-mechanized automation mining face in Meihuajing Colliery, elaborated its various subsystems. Analysis of the mining technology of the Full-mechanized automation mining face ,focusing on the overall design of automatic control system of the Full-mechanized automation mining face, analyzed the control principle of automatic control systems. The establishment of a ground surveillance system,to achieve centralized monitoring of the Full-mechanized mining face.

Full-mechanized Automation; Control Systems; Mining Technology; Ground Surveillance System

翟文(1976-),男,碩士研究生,高級工程師,注冊安全工程師,1997年8月參加工作,一直從事采礦技術(shù)管理工作,現(xiàn)任神寧集團梅花井煤礦生產(chǎn)副礦長。