煤礦掘進(jìn)工作面自動化遠(yuǎn)程控制技術(shù)的研究及應(yīng)用

(中國平煤神馬集團(tuán)平頂山天安煤業(yè)股份有限公司六礦，河南 平頂山 467000)

0 引言

在我國社會經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展中，對煤礦能源的生產(chǎn)和消耗都是十分龐大的，為了滿足煤礦資源供應(yīng)，對煤礦生產(chǎn)工作提出了很高的要求。 由于煤礦生產(chǎn)環(huán)境和內(nèi)容十分復(fù)雜，往往煤礦資源生產(chǎn)存在很大的難度，為了提高煤礦生產(chǎn)水平，逐漸投入了煤礦機(jī)械自動化設(shè)備，而想要充分發(fā)揮煤礦機(jī)械自動化設(shè)備的作用，一定要做好對設(shè)備的自動化控制。

1 實(shí)例概述

本文就以平煤神馬天安六礦戊9-10-22290風(fēng)巷掘進(jìn)工作面皮帶、水泵，風(fēng)機(jī)集控一體化安裝與應(yīng)用為例進(jìn)行研究，為建立自動化工作面積累經(jīng)驗(yàn)，為實(shí)現(xiàn)自動化、智能化、無人化礦井奠定基礎(chǔ)，避免讓更多的員工在危險的環(huán)境下工作。

戊9-10-22290風(fēng)巷地面標(biāo)高(m)+180～+310，井下標(biāo)高(m)-610～-617，地面的相對位置為陳家溝。井下相對位置為東部是四六礦邊界，西部是戊二下山保護(hù)煤柱，南部是戊8-22290-采空區(qū)，北部為實(shí)體。巷道上部為戊8-22250采空區(qū)，施工期間頂板壓力大，地鼓、幫鼓、頂板下沉明顯。該工作面設(shè)計(jì)長度為1 805 m，車場外圍運(yùn)輸系統(tǒng)主要由原戊戊8-22250機(jī)車場返修改造而成，主要由出煤道、上山運(yùn)輸巷、風(fēng)巷外段運(yùn)輸巷、風(fēng)巷一號下山運(yùn)輸巷、風(fēng)巷中段運(yùn)輸巷、風(fēng)巷二號下山運(yùn)輸巷、風(fēng)巷里段運(yùn)輸巷、切眼八部分組成，意味著將安裝8部膠帶運(yùn)輸機(jī)，該工作面采用綜掘機(jī)掘進(jìn)，風(fēng)動鉆機(jī)打幫錨桿，膠帶輸送機(jī)出渣，液壓鉆機(jī)施工頂錨及樹脂錨索，采用綜掘機(jī)掘進(jìn)。該工作面水文地質(zhì)情況中等，水源主要為頂板砂巖含水層、裂隙水及淺部老空水。

面對這種復(fù)雜的掘進(jìn)條件，為了保證工作人員可以進(jìn)行安全高效的生產(chǎn)工作，相關(guān)技術(shù)人員需要加強(qiáng)對煤礦智能化工作面進(jìn)行研究，提高工作中的智能化和自動化，避免讓更多的員工在危險的環(huán)境下進(jìn)行工作。

2 自動化遠(yuǎn)程控制技術(shù)的實(shí)踐及應(yīng)用

由于該工作面地質(zhì)條件、施工工藝、運(yùn)輸系統(tǒng)的復(fù)雜性，相關(guān)技術(shù)人員深入研究制定了一套符合現(xiàn)場實(shí)際的技術(shù)升級改造方案，決定采用皮帶、水泵、風(fēng)機(jī)集控一體化遠(yuǎn)程控制技術(shù)?？刂撇糠纸尤刖碌姆辣?jì)算機(jī)和地面的上位工控機(jī)，語音接入傳輸接口上傳到地面的語音對講。 KHP178K的通信端子與KHP178K-Z采用MODBUS RTU協(xié)議，硬件使用485進(jìn)行通信。數(shù)據(jù)利用TCP協(xié)議傳輸，采用網(wǎng)線將數(shù)據(jù)同時傳入到井下的防爆計(jì)算機(jī)和地面的集控調(diào)度室上位工控機(jī)?？蛇x擇不同的操作模式，如可以現(xiàn)場操作、井下控制室KHP178K-Z上控制操作、在防暴計(jì)算機(jī)上監(jiān)控操作、在地面上位機(jī)監(jiān)控操作。 KHP178K-Z主要由10.2寸觸摸屏、西門子PLC 、語音模塊、光纖K塊組成，可以穩(wěn)定控制皮帶運(yùn)行，水泵開關(guān)停開、風(fēng)機(jī)倒臺等功能還具有語音播報(bào)、打點(diǎn)、通話功能。

2.1 井下皮帶的集控系統(tǒng)

煤礦井下運(yùn)輸離不開膠帶，為了確保煤炭資源傳送的連續(xù)性，必須要提高帶式運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸量及安全性，經(jīng)過相關(guān)人員的不懈努力，該工作面運(yùn)輸成功實(shí)現(xiàn)集中控制。計(jì)算機(jī)的分布控制系統(tǒng)作為本煤礦膠帶的運(yùn)輸?shù)募锌刂葡到y(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮著良好的作用。皮帶集控主要由KHP178K煤礦用帶式輸送機(jī)保護(hù)控制裝置(每個皮帶配置1臺)、KHP178K-Z1臺和若干皮帶保護(hù)傳感器、語音信號器等組成。 控制部分接入井下的防爆計(jì)算機(jī)和地面的上位工控機(jī)，語音接入傳輸接口上傳到地面的語音對講裝置。

戊9-10-22290風(fēng)巷將巷道內(nèi)的8部皮帶的KHP178K煤礦用帶式輸送機(jī)保護(hù)控制裝置連接起來，在第三部皮帶設(shè)立井下總終端控制點(diǎn)，井下操作人員可在此處進(jìn)行皮帶的操作。然后由網(wǎng)線經(jīng)井下的信息接收器傳至地面的上位工控機(jī)，實(shí)行井下與地面雙監(jiān)控、雙管理，達(dá)到了8部皮帶的正常運(yùn)轉(zhuǎn)與檢測。

主站、 檢測傳感等都是控制系統(tǒng)的重要組成部分，一般在膠帶機(jī)的現(xiàn)場對控制分站進(jìn)行安裝，這樣就能對膠帶機(jī)進(jìn)行有效的控制，提升對信號的檢測效率，對設(shè)備進(jìn)行可靠的控制；在對膠帶機(jī)進(jìn)行控制時，不同的膠帶機(jī)有不同的分站，實(shí)現(xiàn)對膠帶機(jī)的單獨(dú)控制。 在井下集中控制室中是主站的布區(qū)域，在對膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行控制時，可以分為手動與自動2種方式，一旦在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障，就會對發(fā)生故障的位置與性質(zhì)進(jìn)行顯示，還能夠?qū)崿F(xiàn)對膠帶機(jī)和給煤機(jī)等啟停以及相關(guān)皮帶問閉鎖控制等的遙控。 同時該系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中，還能對物料的探測、 膠帶的速度和跑偏與溫度的保護(hù)等進(jìn)行檢測，這樣就能極大地提升煤礦機(jī)作業(yè)時的可靠性與安全性。

2.2 掘進(jìn)工作面風(fēng)機(jī)、運(yùn)輸聯(lián)動集控系統(tǒng)

由風(fēng)機(jī)控制器KHP178K(每組風(fēng)機(jī)配置1臺)、1個KHP178K-Z和風(fēng)筒傳感器、瓦斯傳感器、電流互感器組成，KHP178K和KHP178K-Z之間采用MODBUS RTU通信協(xié)議，RS485通信的A、B選用礦用屏蔽電纜。接線板的控制AB和語音AB都是直通接法，控制部分接入井下的防爆計(jì)算機(jī)和地面的上位工控機(jī)，語音接入傳輸接口上傳到地面的語音對講裝置。

井下風(fēng)機(jī)控制器與下井皮帶終端控制器相連接，終端控制器可滿足井下操作人員操作皮帶時同時對風(fēng)機(jī)進(jìn)行監(jiān)控管理。風(fēng)機(jī)的管理權(quán)限也由井下的信號接收器傳輸?shù)降孛?，避免了因風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障，井下人員不能及時發(fā)現(xiàn)造成事故，可由地面的上位工控機(jī)及時發(fā)出警告，地面人員及時發(fā)現(xiàn)進(jìn)行處理并通知井下人員，不但實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制也實(shí)現(xiàn)了地面、井下雙重監(jiān)測動態(tài)管理的目的，而且還進(jìn)一步縮短了故障排除時間，確保了設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)率。

2.3 水泵集控系統(tǒng)

由于該備用工作面水文地質(zhì)條件復(fù)雜和地理位置特殊及巷道走線長度遠(yuǎn)，巷道積水點(diǎn)較多，因此需多臺水泵聯(lián)鎖抽水才能達(dá)到安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化的要求。水泵集中控制系統(tǒng)由KHP178K(每個水泵配置1臺)、1個KHP178K-Z和液位傳感器(每個水泵配置1臺)、電流互感器組成，KHP178K和KHP178K-Z之間采用MODBUS RTU通信協(xié)議，RS485通信的A、B選用礦用屏蔽電纜。接線板的控制AB和語音AB都是直通接法，控制部分接入井下的防爆計(jì)算機(jī)和地面的上位工控機(jī)，語音接入傳輸接口上傳到地面的語音對講裝置。

目前戊9-10-22290風(fēng)巷只有1臺固定15 kW水泵。井下水泵控制器與下井皮帶終端控制器相連接，終端控制器可滿足井下操作人員操作皮帶時同時對水泵進(jìn)行監(jiān)控管理。水泵的管理權(quán)限也由井下的信號接收器傳輸?shù)降孛?。水泵設(shè)置有自動感應(yīng)器，在水位達(dá)到設(shè)定水位線時，水泵會自動開啟進(jìn)行抽水作業(yè)，也可由地面的上位工控機(jī)設(shè)置定時抽水功能。

在戊9-10-22290風(fēng)巷進(jìn)行交面后，巷道內(nèi)會設(shè)置多部水泵，采用水泵集控后，可大大避免了人工巡查抽水的浪費(fèi)及因抽水不及時所造成的事故影響。

3 煤礦采掘設(shè)備集群控制的技術(shù)優(yōu)勢

1)減人。通過集控的自動化改造，讓設(shè)備代替司機(jī)和巡檢人員值班，可以大大減少采掘皮帶巷道的工作人員。

2)節(jié)能。通過集控的自動化改造，控制主機(jī)根據(jù)傳感器采集的信號，可實(shí)現(xiàn)有煤逆煤流開皮帶，無煤可以順煤流開皮帶，皮帶拉空自動停車的功能，可以有效減少皮帶機(jī)空轉(zhuǎn)帶來的電能浪費(fèi)。

3)增效。通過自動化監(jiān)測監(jiān)控，提高采掘皮帶工作的穩(wěn)定性和可靠性，可以有效減少皮帶機(jī)空轉(zhuǎn)帶來的設(shè)備磨損，延長設(shè)備壽命，減少皮帶托輥等耗材用量。

4)及時。發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)故障，水泵水位過高，能夠及時由地面的上位工控機(jī)發(fā)出警報(bào)，及時處理故障，通知井下人員進(jìn)行故障查詢。

4 結(jié)語

現(xiàn)階段，我國煤炭的開采率仍然無法滿足我國工業(yè)發(fā)展的需求，并且煤礦開采工作中，也會因?yàn)樵O(shè)備的老化、礦井環(huán)境等多方面因素的影響，而為工作人員帶來威脅，只有良好的運(yùn)用煤礦設(shè)備自動化技術(shù)，才能夠真正地提升煤礦設(shè)備的安全性能與穩(wěn)定性能，從而確保工作人員的安全，進(jìn)一步提高煤礦開采工作的效率。