煤礦薄煤層工作面三機協(xié)同控制系統(tǒng)

趙金升 婁文法 張恩明 趙巧 張新秀

摘 要：隨著高速經(jīng)濟的發(fā)展，煤炭資源需求量不斷加大，但一直以來受開采技術(shù)及開采成本的限制，薄煤層一直未得到開發(fā)利用，這既降低了煤炭開采量率，也造成煤炭資源的浪費。薄煤層開采是未來煤炭資源的開采趨勢。伴隨著薄煤層裝備的完善，開采技術(shù)的提高，一套嶄新的自動化薄煤層開采技術(shù)應(yīng)運而生。

關(guān)鍵詞：薄煤層；三機協(xié)調(diào)；自動化控制；聯(lián)動控制

中圖分類號：TD823.251 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）24-0001-02

本文以綜采三機設(shè)備即采煤機、液壓支架、刮板輸送機為例，通過對綜采工藝的理論研究確立綜采三機在采煤過程中的聯(lián)動關(guān)系，提出了三機聯(lián)動控制系統(tǒng)解決方案。

薄煤層的開采量僅占全國總產(chǎn)量的10.4%。究其原因是因為目前薄煤層的開采方式及生產(chǎn)效率不高，經(jīng)濟效益不明顯。薄煤層的開采，不但對綜采設(shè)備有特殊的要求，而且由于薄煤層工作空間狹小，使得生產(chǎn)效率低、成本高，并且安全隱患大。

薄煤層綜采自動化的核心內(nèi)容之一就是通過對綜采工作面三機—采煤機、液壓支架及刮板輸送機及其配套設(shè)備進行集成，對運行參數(shù)進行實時提取和綜合分析，實現(xiàn)設(shè)備運行控制參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整和匹配，最終實現(xiàn)薄煤層綜采自動化。

1 系統(tǒng)研究背景及意義

目前國內(nèi)多數(shù)煤礦在系統(tǒng)建設(shè)時，沒有統(tǒng)一考慮系統(tǒng)集成功能，各系統(tǒng)相互獨立。加之受采掘裝備的差異和技術(shù)研發(fā)缺失的限制，導(dǎo)致薄煤層綜采工作面數(shù)字化集成工作起步較晚。根據(jù)薄煤層開采需求及國家政策信息分析，薄煤層綜采工作面自動化裝備發(fā)展前景較好。

通過薄煤層煤礦綜采工作面三機（采煤機、液壓支架及刮板輸送機）及其配套設(shè)備運行參數(shù)的實時提取和綜合分析，實現(xiàn)三機運行控制參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整和匹配，達到薄煤層三機協(xié)同控制，進行全自動化采煤的目標(biāo)。

2 三機協(xié)調(diào)控制使用新技術(shù)

系統(tǒng)建設(shè)主要包括支架電液控系統(tǒng)、刮板機控制系統(tǒng)集成、三機協(xié)同控制系統(tǒng)及三個主要部分。

2.1 薄煤層液壓支架電液控制系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計

液壓支架電液控制系統(tǒng)是煤礦綜采工作面自動化控制系統(tǒng)的核心，是實現(xiàn)工作面自動化生產(chǎn)管理的必要手段。

2.1.1 支架電液控制器

支架電液控制器是液壓支架控制系統(tǒng)的核心設(shè)備，如圖1所示。

支架控制器的主要功能是控制支架的所有動作以及支架信息的交換?？刂泼羁梢允遣僮髡咄ㄟ^鍵操作發(fā)出也可以是根據(jù)采煤機位置由系統(tǒng)自動發(fā)出，傳感器檢測的實時值和用戶設(shè)置的各種參數(shù)是控制過程實現(xiàn)的重要條件。

2.1.2 順槽主機電液控制系統(tǒng)監(jiān)控軟件

液壓支架電液控制系統(tǒng)主機主要實現(xiàn)液壓支架推移行程、支柱壓力、推進位置、動作狀態(tài)等信息的采集、存儲和顯示。同時，能夠通過上位機軟件對任意支架的姿態(tài)進行遠程控制。

2.2 薄煤層刮板運輸機監(jiān)控系統(tǒng)集成技術(shù)設(shè)計

通過檢測刮板運輸機在電機負荷參數(shù)，自動調(diào)節(jié)采煤機割煤速度和液壓支架推溜過程，以刮板運輸機出煤運量最大化為控制目標(biāo)，進行采煤機和液壓支架的聯(lián)動控制，最大程度的提高薄煤層工作面的煤炭生產(chǎn)效率。

監(jiān)控裝置主要完成對刮板運輸機的開停狀態(tài)、電機工作電壓、電機工作電流等工礦參數(shù)的檢測，并將這些參數(shù)遠程傳輸給三機協(xié)同控制系統(tǒng)，作為三機協(xié)同控制系統(tǒng)的分析數(shù)據(jù)之一。同時裝置本身可以實現(xiàn)對刮板運輸機開停狀態(tài)的控制，也可由三機協(xié)同控制器完成對刮板運輸機的遠程開?？刂?。

2.3 薄煤層三機協(xié)同控制系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計

采煤工作面設(shè)計三機協(xié)同控制系統(tǒng)一套，該主要由兩部分組成：協(xié)同控制軟件平臺及該平臺可承載的硬件平臺。系統(tǒng)框圖，如圖2所示。

2.3.1 三機協(xié)同硬件平臺

硬件平臺可以由隔爆兼本安計算機作為控制終端，使用綜合接入網(wǎng)關(guān)收集三個系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)，并可以對任意系統(tǒng)發(fā)出控制指令，綜合接入與控制裝置接入采煤機監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、液壓支架監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)、刮板運輸機監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，在協(xié)同控制軟件平臺上將三機數(shù)據(jù)以及人機輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)進行綜合融合處理，并依據(jù)協(xié)同控制策略做出決策，對采煤機、液壓支架以及刮板運輸機進行有序的協(xié)同動作控制?？刂频男Ч梢酝ㄟ^顯示設(shè)備進行就地顯示，以便在特殊情況下，便于人工通過人機輸入設(shè)備進行人工干預(yù)，保證系統(tǒng)的正常安全可靠運行。

該系統(tǒng)除了可以進行綜采設(shè)備的協(xié)同控制之外還可以將采集到的數(shù)據(jù)、動作過程、控制結(jié)果等通過礦井綜合自動化網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)降孛嬷行恼{(diào)度室，供地面調(diào)閱。

2.3.2 三機協(xié)同控制軟件平臺

三機協(xié)同控制軟件平臺是三機協(xié)同控制模型的思想體現(xiàn)，也是整個系統(tǒng)的核心軟件。

系統(tǒng)可有效提高生產(chǎn)效率及工程質(zhì)量，降低避免安全事故的發(fā)生。

3 系統(tǒng)特點

①靈活易維護性：控制規(guī)律靈活多樣，改動方便。

②高精度：控制精度高，抑制擾動能力強，能實現(xiàn)最優(yōu)控制。

③動態(tài)可分析：能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計和工況顯示，控制效率高。

④安全制約性：控制與管理一體化，進一步提高自動化協(xié)調(diào)控制程度。

⑤高集成性：采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，用主干網(wǎng)線橫穿工作面，既簡化系統(tǒng)布線，又降低了總體投入。

⑥高可靠性：全系統(tǒng)本安化設(shè)計， 核心產(chǎn)品防護等級為IP67，系統(tǒng)具有高可靠性。

4 經(jīng)濟、社會效益

其帶來的經(jīng)濟效益明顯，首先可以降低人力成本、減少企業(yè)風(fēng)險，其次可以提高煤礦可采煤層的回采率，增加可利用資源，進而提高礦井可采資源量。社會效益上，可以有力保障礦井安全生產(chǎn)與效率的提升。

5 結(jié) 語

本文剖析了采煤機、液壓支架和刮板保送機之間的束縛聯(lián)系關(guān)系，進而研討了工作面“三機”任務(wù)協(xié)調(diào)控制解決方案，為煤礦“機械化換人，自動化減人”政策奠定基礎(chǔ)，為煤礦安全高效生產(chǎn)提供保障。

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