煤礦自動(dòng)化工作面設(shè)備配套系統(tǒng)研究

張 權(quán)

陜西陜煤榆北曹家灘礦業(yè)有限公司 陜西 榆林 719000

引言

近年來(lái)，隨著采礦行業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展，各種新技術(shù)逐步應(yīng)用于礦山開(kāi)采行業(yè)，大大提高了礦山開(kāi)采的效率與質(zhì)量，尤其是對(duì)薄礦層開(kāi)采中，綜采工作面自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)礦山開(kāi)采作業(yè)空間小、技術(shù)落后、安全風(fēng)險(xiǎn)大的局面。

1 機(jī)械自動(dòng)化采礦技術(shù)概述

隨著社會(huì)的進(jìn)步，國(guó)家對(duì)各行各業(yè)的安全更為重視，尤其是比較危險(xiǎn)的行業(yè)，比如采礦業(yè)。對(duì)此，相關(guān)的技術(shù)人員力求減少人工作業(yè)量，從根本上降低安全事故的出現(xiàn)，為此，加速了機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的出現(xiàn)與使用。關(guān)于機(jī)械自動(dòng)化工作面，其使用自動(dòng)化技術(shù)主要涉及以下幾方面，其一，工作面三機(jī)，包括轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、工作面運(yùn)輸機(jī)等；其二，集中控制技術(shù)；其三，液壓支架電液控制技術(shù)；其四，采礦機(jī)記憶自動(dòng)割礦技術(shù)；其五，采礦機(jī)支架聯(lián)動(dòng)技術(shù)；其六設(shè)備工況檢測(cè)技術(shù)等?；陂_(kāi)采技術(shù)的不斷的更新，這些技術(shù)在實(shí)際中使用的比較多，已逐步趨向完善。具體而言，這些技術(shù)的進(jìn)步體現(xiàn)在以下幾方面。首先，對(duì)于采礦機(jī)而言，又有的液壓牽引已不足以滿(mǎn)足產(chǎn)生需求，如今比較流行的是交流變頻電牽引。其次，對(duì)于工作面運(yùn)輸機(jī)而言，原有的雙速電機(jī)逐漸被淘汰，如今投入使用的是TTT軟啟動(dòng)、以及變頻電機(jī)軟啟動(dòng)。對(duì)于液壓支架而言，原有的手動(dòng)控制很少應(yīng)用，更為流行的是電液控制。最后，對(duì)于采礦工藝的監(jiān)控方面也獲得了很大的進(jìn)步，比如微機(jī)監(jiān)控等技術(shù)使用越來(lái)越廣泛了。總之，如今的綜采工作面自動(dòng)化采礦技術(shù)應(yīng)用的越來(lái)越多，有利于進(jìn)一步提升采礦效率。

2 煤礦綜采工作面自動(dòng)化技術(shù)

2.1 經(jīng)濟(jì)效益和安全效果 薄礦層綜采自動(dòng)化采礦技術(shù)的應(yīng)用簡(jiǎn)化了操作控制，大大降低了開(kāi)采的安全風(fēng)險(xiǎn)，避免了各類(lèi)開(kāi)采作業(yè)安全事故的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了礦山開(kāi)采企業(yè)的安全穩(wěn)定發(fā)展。自動(dòng)化采礦技術(shù)的應(yīng)用，通過(guò)液壓升降架、移架、輸送機(jī)等的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程操作的控制與監(jiān)控，保證了安全生產(chǎn)的進(jìn)行。根據(jù)相關(guān)的開(kāi)采比較，自動(dòng)化技術(shù)的初期投資與產(chǎn)能效益相比，螺旋采礦設(shè)備與支架支撐技術(shù)的使用，使得其期初投資是傳統(tǒng)采礦投資的1.7到2倍，促進(jìn)產(chǎn)量的提高，在未來(lái)將取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到工作面運(yùn)輸機(jī)上 在礦業(yè)運(yùn)輸方面，長(zhǎng)壁工作面輸送機(jī)是比較重要的，其既是運(yùn)礦設(shè)備，還是采礦ji4運(yùn)行軌道。如今，隨著礦業(yè)的發(fā)展，其需求量不斷增大，與此同時(shí)，輸送機(jī)的各方面屬性也發(fā)生了一定的變化，比如槽寬數(shù)據(jù)越來(lái)越大，其直徑也處于不斷增大的狀態(tài)。關(guān)于這一方面，德國(guó)生產(chǎn)了比較典型的設(shè)備，即MTA－42－3?1000型設(shè)備，其屬于刮板式輸送機(jī)，還是可彎曲的，該設(shè)備最大功率2250k W，中部溜槽款1342 mm，使用的雙邊鏈直徑為423 mm，其運(yùn)輸能力比較強(qiáng)，一小時(shí)可以運(yùn)輸4500噸貨物。對(duì)于工作面輸送機(jī)，其原有的啟動(dòng)方式是借助雙速電機(jī)完成，如今該技術(shù)應(yīng)用的比較少，大部分都在采用調(diào)速型液力耦合器、或者是CST系列調(diào)速等。同時(shí)，借助一定的設(shè)備的應(yīng)用，還可以實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)的軟啟動(dòng)，對(duì)于這一方面，比較常用的機(jī)械有兩種，一種是液力耦合器，比如TTT調(diào)速型；另一種是變頻電機(jī)，關(guān)于這一設(shè)備的使用，是通過(guò)變頻調(diào)速原理起作用的。此外，在實(shí)際的生產(chǎn)使用中，要加強(qiáng)對(duì)機(jī)械的監(jiān)控力度，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)輸機(jī)電機(jī)負(fù)荷狀態(tài)，自動(dòng)干預(yù)采礦機(jī)，主要是其牽引速度方面，一旦負(fù)荷比較大，出于運(yùn)輸機(jī)安全使用的考慮，要限制牽引速度；當(dāng)負(fù)荷比較小時(shí)，可以在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)提升牽引速度。另外，關(guān)于刮板運(yùn)輸機(jī)而言，其電信號(hào)的傳遞方式，主要是借助開(kāi)關(guān)組合、以及系統(tǒng)控制等手法，引導(dǎo)電流信號(hào)流向采礦機(jī)，其在接收信號(hào)之后，會(huì)通過(guò)控制信號(hào)的手段，主動(dòng)改變牽引速度，以保證運(yùn)輸機(jī)正常運(yùn)作。

3 工作面系統(tǒng)配套技術(shù)研究

3.1 運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng) 在巷道監(jiān)控中心對(duì)運(yùn)輸機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制，其中包括刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)的自動(dòng)化聯(lián)鎖控制與單設(shè)備控制，例如有以下幾個(gè)功能：(1)單設(shè)備啟動(dòng)和停止功能，包括刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)。(2)順序聯(lián)鎖開(kāi)機(jī)功能，啟動(dòng)順序如下：破碎機(jī)—轉(zhuǎn)載機(jī)—刮板機(jī)—采煤機(jī)。(3)順序聯(lián)鎖停機(jī)功能，停機(jī)順序如下：采煤機(jī)—刮板機(jī)—轉(zhuǎn)載機(jī)—破碎機(jī)。(4)工作面設(shè)備具有緊急停止鎖定功能。

3.2 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)結(jié)合了采煤機(jī)系統(tǒng)、支架控制系統(tǒng)、輸送機(jī)控制系統(tǒng)、順槽皮帶控制及保護(hù)系統(tǒng)、集成供液系統(tǒng)，將井下的信息通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)接入到礦井內(nèi)網(wǎng)，傳輸?shù)骄险{(diào)度指揮中心。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的功能：各個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳；監(jiān)控中心實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作面設(shè)備的工況，對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，將故障信息傳輸?shù)降孛嬗?jì)算機(jī)；地面調(diào)度指揮中心對(duì)工作面設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控，運(yùn)行參數(shù)等各種數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示。

3.3 集成自動(dòng)化控制系統(tǒng)功能分析 控制功能控制功能在實(shí)際使用中主要就是控制工作面設(shè)備的啟停，使其開(kāi)始運(yùn)行或者停止工作，當(dāng)前在自動(dòng)控制系統(tǒng)中主要有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行模式。手動(dòng)模式主要就是負(fù)責(zé)設(shè)備的單獨(dú)啟停，同時(shí)破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板輸送機(jī)還能夠按順序啟停。在以上設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，如果出現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)運(yùn)行異常的情況，可以向采煤機(jī)發(fā)送停機(jī)命令，同時(shí)操作組合開(kāi)關(guān)就可以以此停止停刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)和破碎機(jī)；在自動(dòng)模式中，主要應(yīng)用自動(dòng)跟機(jī)模式，同時(shí)采煤機(jī)會(huì)進(jìn)入記憶截割模式，各設(shè)備會(huì)按照順序啟停，以便保障綜采工作面所有設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。(2)參數(shù)設(shè)置功能參數(shù)設(shè)置功能主要就是設(shè)置設(shè)備的工作參數(shù)，包括采煤工藝參數(shù)、斜切進(jìn)刀距離、左端頭清煤次數(shù)、右端頭清煤次數(shù)、清煤距離和折返等待時(shí)間，并以此來(lái)控制設(shè)備進(jìn)行精確的運(yùn)行，保證設(shè)備工作的效率，并提高精確性。(3)數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)功能數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)功能主要負(fù)責(zé)對(duì)各設(shè)備的工作數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，比如采煤機(jī)的速度、滾筒高度、功率，或者是支架的傳感器等數(shù)據(jù)信息，采集到的信息可以在控制中心的顯示屏中顯示出來(lái)，方便操作人員掌握設(shè)備的工況。除此以外，能夠?qū)⒉杉降男畔?shù)據(jù)存儲(chǔ)到后臺(tái)中，方便相關(guān)工作人員隨時(shí)查閱相關(guān)數(shù)據(jù)，維修工作人員也可以以此為依據(jù)進(jìn)行設(shè)備的維修保養(yǎng)。

結(jié)語(yǔ)

綜采工作面自動(dòng)化控制系統(tǒng)和裝置是煤礦實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化開(kāi)采的基礎(chǔ)。綜采工作面自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用了多種學(xué)科技術(shù)(如控制、機(jī)械、通信、液壓等)，將多種學(xué)科融會(huì)貫通于一體。在巷道監(jiān)控中心集中控制綜采設(shè)備(液壓支架、采煤機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等)，確保了所有設(shè)備協(xié)調(diào)、連續(xù)、高效、安全運(yùn)行，有效地節(jié)約了人力資源，基本實(shí)現(xiàn)了工作面少人或無(wú)人生產(chǎn)。