綜采集控系統(tǒng)在大柳塔煤礦的應(yīng)用

白瑞強

(神華神東煤炭集團公司神東露天煤礦，陜西 神木 719315)

0 引言

隨著采礦工程技術(shù)的發(fā)展，煤礦安全生產(chǎn)管理也由粗放型向精細化方向轉(zhuǎn)變。大柳塔煤礦綜采工作面在有限的人員定編的情況下，生產(chǎn)班組的工人勞動強度較大，設(shè)備操作、檢修效率較低且存在安全隱患，得益于神東礦區(qū)煤層厚度大，傾角小，設(shè)備可靠性高等優(yōu)勢以及“機械化換人，自動化減人”的行業(yè)導(dǎo)向，綜采工作面設(shè)備集中監(jiān)測監(jiān)控成為適應(yīng)煤礦安全生產(chǎn)管理轉(zhuǎn)型的趨勢。

1 52305綜采工作面現(xiàn)狀

1.1 設(shè)備配套及設(shè)備數(shù)據(jù)采集接口

52305綜采工作面設(shè)備配備情況見表1?？梢钥闯?，采煤機與支架、配套三機的通信接口類型不同。

1.2 設(shè)備供電情況

10 kV主干線路由52煤中央變電所不同段引出，引至工作面6臺移變。其中，一趟線路通過3臺運輸機移變、3臺變頻驅(qū)動器與1臺工作面排水移變、饋電開關(guān)給運輸機和排水設(shè)備供電，另一趟線路通過煤機/轉(zhuǎn)載機/破碎機用移變、3300聯(lián)立開關(guān)與泵站用移變、1140聯(lián)立開關(guān)給煤機、轉(zhuǎn)載機、破碎機、泵站設(shè)備供電，圖1為綜采工作面供電系統(tǒng)簡圖。

1.3 設(shè)備運行邏輯

為保證人員、設(shè)備的安全，根據(jù)綜采工作面設(shè)備操作規(guī)程，設(shè)備啟動順序是泵站工作→順槽膠帶機啟動→破碎機啟動→轉(zhuǎn)載機啟動→刮板運輸機啟動→煤機、支架工作。設(shè)備停止順序與啟動順序相反。

1.4 勞動組織形式

目前，大柳塔煤礦井下綜采工作面的勞動組織形式由檢修班與生產(chǎn)班2個班組組成，生產(chǎn)班組的作業(yè)人員12人。各崗位工種、人員配置及職責見表2。

圖1 綜采工作面供電系統(tǒng)簡圖

綜采采煤工作面長300 m，順槽設(shè)備列車49節(jié)，長180 m，控制臺電工崗位監(jiān)護范圍廣，作業(yè)過程中勞動強度較大且不安全，設(shè)備存在隱患也不能及時發(fā)現(xiàn)，設(shè)備故障排除時間較長，工效低。根據(jù)以上現(xiàn)狀有必要對綜采工作面設(shè)備進行集中監(jiān)測監(jiān)控，保證安全生產(chǎn)。

2 綜采集控改造方案

2.1 網(wǎng)絡(luò)組建

設(shè)備列車處放置防爆PLC控制柜，柜內(nèi)安裝PLC成組模塊、交換機、光電轉(zhuǎn)換模塊等，實現(xiàn)設(shè)備層的數(shù)據(jù)采集與控制，同時與井下工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)對接，實現(xiàn)地面調(diào)度室對設(shè)備的遠程監(jiān)測監(jiān)控。組網(wǎng)簡圖如圖2所示。

2.2 設(shè)備控制與數(shù)據(jù)采集

大柳塔煤礦井下綜采工作面機電設(shè)備種類多，生產(chǎn)廠家不同，設(shè)備通訊協(xié)議標準不同，給綜采集控改造帶來了困難。為了保證集控改造后的系統(tǒng)使用安全、可靠，軟硬件的管理維護方便、快捷，礦技術(shù)人員組織設(shè)備生產(chǎn)廠家技術(shù)人員多次開會研究論證，最終確定的設(shè)備控制與數(shù)據(jù)采集方案為轉(zhuǎn)載機(3300開關(guān)驅(qū)動)、破碎機(3300開關(guān)驅(qū)動)、運輸機(變頻變壓器+變頻器驅(qū)動)、泵站(1140開關(guān)驅(qū)動)的控制通過硬接線與華寧控制器連接，再與PLC的I/O模塊硬接線連接，通過華寧控制器的旋鈕開關(guān)實現(xiàn)遠程/就地控制切換，實現(xiàn)對驅(qū)動開關(guān)、變頻器的控制，數(shù)據(jù)監(jiān)測通過Modbus標準485協(xié)議通訊采集；移變、饋電開關(guān)、照明綜保、電液控制閥、高壓過濾站等設(shè)備采用的是Modbus標準485協(xié)議通訊，實現(xiàn)控制與數(shù)據(jù)監(jiān)測；煤機、泵站、運輸機用變頻器采用以太網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集監(jiān)測；液壓支架通過BB2244+以太網(wǎng)方式實現(xiàn)壓力數(shù)據(jù)采集監(jiān)測。對不具備以上方案的設(shè)備進行設(shè)備調(diào)劑更換或改造，具體情況見表3。

表1 設(shè)備配套及設(shè)備數(shù)據(jù)采集接口

表2 綜采工作面生產(chǎn)班勞動組織形式

圖2 監(jiān)測監(jiān)控組網(wǎng)簡圖

2.3 新增視頻監(jiān)控點

在綜采工作面機頭安裝兩臺攝像儀，一臺攝像儀監(jiān)控煤機、運輸機運行情況，一臺攝像儀監(jiān)控轉(zhuǎn)載機卸料口工作狀況；在順槽膠帶機機尾安裝一臺攝像儀用于監(jiān)控膠帶機機尾運行情況，在馬蹄爾處安裝兩臺攝像儀，分別用于監(jiān)控卸料口堆煤、堵大塊與皮帶跑偏撒煤等情況。實現(xiàn)遠程監(jiān)控工作面機頭、膠帶機機尾以及馬蹄爾位移。

表3 設(shè)備調(diào)劑更換或改造情況

2.4 數(shù)據(jù)集成及平臺建設(shè)

控制類信號通過AB公司Logix5000PLC進行交互，監(jiān)測類數(shù)據(jù)通過赫茲曼工業(yè)以太網(wǎng)交換機實現(xiàn)采集。監(jiān)測監(jiān)控平臺分現(xiàn)場監(jiān)測監(jiān)控平臺和調(diào)度室遠程監(jiān)測監(jiān)控平臺，綜采工作面現(xiàn)場監(jiān)測監(jiān)控平臺采用的是RSview 32漢化版，作為低一級別子系統(tǒng)監(jiān)測監(jiān)控組態(tài)軟件使用，監(jiān)測監(jiān)控邏輯關(guān)系基本局限在子系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備之間；調(diào)度室遠程監(jiān)測監(jiān)控平臺采用的是德國PSI系統(tǒng)，集成采掘(綜連采)、機電(供電供排水)、主運、安全(通風、安全監(jiān)測監(jiān)控)等礦井安全生產(chǎn)相關(guān)的各個子系統(tǒng)，監(jiān)測監(jiān)控邏輯關(guān)系涵蓋子系統(tǒng)內(nèi)部以及子系統(tǒng)之間，負責生產(chǎn)指揮、決策、編程、應(yīng)急指揮、集中控制、智能關(guān)聯(lián)分析等內(nèi)容，實現(xiàn)生產(chǎn)計劃協(xié)同和資源共享。

3 實現(xiàn)的功能及效益

3.1 實現(xiàn)的功能

遠程畫面監(jiān)控：泵站、轉(zhuǎn)載機、破碎機、運輸機、1140開關(guān)、3300開關(guān)、移變、饋電、照明綜保、馬蹄爾、高壓過濾站等設(shè)備遠程集中組態(tài)畫面監(jiān)測監(jiān)控，煤機、液壓支架等設(shè)備遠程集中組態(tài)畫面監(jiān)測。

數(shù)據(jù)存儲與顯示：各改造設(shè)備運行數(shù)據(jù)的存儲與實時顯示，并經(jīng)過邏輯推理形成綜采工作面生產(chǎn)日志。

設(shè)備運行管理：針對現(xiàn)場設(shè)備生產(chǎn)關(guān)系及組織架構(gòu)，自動采集設(shè)備停機時間及電氣故障信號，形成停機記錄；對獲取到的設(shè)備運行數(shù)據(jù)進行時長統(tǒng)計及運算，并以圖表的形式展示給礦級、區(qū)隊級管理人員；宏觀反應(yīng)綜采工作面生產(chǎn)狀況，方便礦級、區(qū)隊級管理人員合理安排生產(chǎn)；形成設(shè)備運行日志，為檢修保養(yǎng)及故障維修提供數(shù)據(jù)依據(jù)；反映區(qū)隊級班組班次設(shè)備故障統(tǒng)計。

原煤生產(chǎn)管理：反應(yīng)原煤日、月、年的生產(chǎn)情況，了解生產(chǎn)、檢修時間比列，倉滿影響程度；記錄采煤機作業(yè)循環(huán)狀態(tài)，統(tǒng)計每個作業(yè)狀態(tài)位置及煤機運行時長，考核采煤生產(chǎn)工藝。

設(shè)備績效管理：記錄設(shè)備運轉(zhuǎn)電機的電流情況，對皮帶電機負載情況、設(shè)備停機時長等進行周期性統(tǒng)計并計算，制定相關(guān)KPI指標、可靠性指標；通過儀表盤、折線圖、柱狀圖的方式，展現(xiàn)各個KPI指標，方便對比分析。

設(shè)備能耗管理：通過對井下各設(shè)備電流電壓數(shù)據(jù)的讀取并做周期性統(tǒng)計，形成相關(guān)供電數(shù)據(jù)，計算噸煤電耗，衡量設(shè)備電耗成本。

3.2 經(jīng)濟、安全、管理效益

節(jié)省勞動力：通過增加工作面機頭看大塊視頻點、順槽膠帶機機尾視頻監(jiān)控點、馬蹄爾位移視頻監(jiān)控點以及設(shè)備集中遠程監(jiān)控，將機頭看大塊崗位、馬蹄兒司機崗位、控制臺電工崗位實現(xiàn)“三崗合一”，單班減少崗位人員2人，圓班減少崗位人員4人，年減少用工工資60萬元。

節(jié)省纜線運維費：通過無線WiFi代替動力電纜載波傳輸采煤機數(shù)據(jù)，每年減少動力電纜更換次數(shù)2次，年減少電纜材料費、更換人工費等約20萬元。

提高了安全性：減少了作業(yè)人員，設(shè)備進行了集中監(jiān)測監(jiān)控，提高了人員、設(shè)備的安全性，保證了礦井的安全生產(chǎn)。

生產(chǎn)效率最大化：通過對采集到的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析、歸納、總結(jié)等一系列邏輯運算，形成了設(shè)備運行管理、原煤生產(chǎn)管理、設(shè)備績效管理、設(shè)備能耗管理等方面的圖表、報表，方便礦級、區(qū)隊級、班組級3級管理人員合理安排生產(chǎn)、檢修，使安全生產(chǎn)效率最大化。

3.3 存在的問題及改進措施

該系統(tǒng)在使用中存在著制約安全生產(chǎn)的問題，共梳理問題6條，并提出相應(yīng)的改進措施，見表4。

表4 存在問題及改進措施

4 結(jié)語

綜采集控系統(tǒng)是立足于高產(chǎn)、高效采煤實踐基礎(chǔ)上，通過理論和技術(shù)創(chuàng)新，運用“機械化換人，自動化減人”煤礦建設(shè)新思路，積極探索適合神東礦區(qū)規(guī)模化生產(chǎn)的“少人、無人”理念而研發(fā)的綜采信息自動化集中控制系統(tǒng)。它首次將綜采眾多設(shè)備集成在一個人機交互平臺進行統(tǒng)一的控制與監(jiān)測，是神東高產(chǎn)高效模式的又一亮點。通過在大柳塔煤礦52305工作面的試運行，該系統(tǒng)在煤礦安全管理、減員提效方面的優(yōu)勢已經(jīng)凸顯，通過在下一個工作面運行的不斷改進與完善，該系統(tǒng)將在煤礦安全生產(chǎn)方面發(fā)揮更大的作用，并引領(lǐng)智慧煤礦建設(shè)的新方向。