綜采工作面自動(dòng)化控制系統(tǒng)在馬蘭礦的應(yīng)用研究

張曉軍

（西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司馬蘭礦， 山西 太原 030053）

1 18509 工作面概況

馬蘭礦年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力400 萬t，為提高礦井的自動(dòng)化生產(chǎn)能力，在原18509 工作面的基礎(chǔ)上，對(duì)綜采工作面采煤機(jī)、液壓支架的電液控制系統(tǒng)和自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)工作面的自動(dòng)化開采。18509 工作面采用走向長壁后退式一次采全高全部跨落法的綜合機(jī)械化采煤方法，全部垮落法處理采空區(qū)，18509 工作面實(shí)行“三八制”作業(yè)，兩班出煤、一班檢修，工藝流程為割煤→收護(hù)幫板→移架→推移刮板運(yùn)輸機(jī)。

結(jié)合18509 綜采工作面地質(zhì)情況和開采工藝要求，配套機(jī)電設(shè)備選用：一臺(tái)MG300/730-WD 型電牽引采煤機(jī)；基本架為114 架ZZ6000/18/38D 型電液控支架，機(jī)頭、機(jī)尾各采用3 架ZZ6000/18/38D 型過渡支架；正巷端頭超前支護(hù)為1 組2 架ZT12000/18/38，副巷為4 組8 架ZTC10000/18/38 型超前支架，選用兩臺(tái)BRW315/31.5 型乳化液泵站，一部SGZ-800/800 型刮板輸送機(jī)，一部SZZ800/315型轉(zhuǎn)載機(jī)及PCM160 型錘式破碎機(jī)、DSJ100/60/2×200 型可伸縮膠帶輸送機(jī)。

2 自動(dòng)化綜采工作面的系統(tǒng)構(gòu)建

馬蘭礦對(duì)電牽引采煤機(jī)增加割煤記憶功能，實(shí)現(xiàn)人工遠(yuǎn)程操控，以液壓支架跟隨采煤機(jī)自動(dòng)動(dòng)作為主，人工遠(yuǎn)程干預(yù)為輔，以綜采運(yùn)輸設(shè)備集中自動(dòng)化控制為主，就地控制為輔，以綜采設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)為主，視頻監(jiān)控為輔，即以工作面自動(dòng)控制為主，遠(yuǎn)程干預(yù)控制為輔的自動(dòng)化生產(chǎn)模式，實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)作業(yè)，有人巡視”，達(dá)到工作面少人安全高效開采。系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程按如下步驟進(jìn)行：針對(duì)18509 工作面現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)自動(dòng)化集中控制系統(tǒng)、采煤機(jī)自動(dòng)化協(xié)同系統(tǒng)、液壓支架、采煤機(jī)聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)及皮帶運(yùn)輸機(jī)的集中控制保護(hù)系統(tǒng)、供電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、供液集中控制系統(tǒng)等技術(shù)進(jìn)行探討，提出對(duì)上述系統(tǒng)的功能要求，確立這些系統(tǒng)的控制方案、技術(shù)要求和技術(shù)參數(shù)指標(biāo)。針對(duì)馬蘭礦地質(zhì)、煤層賦存條件、采煤工藝現(xiàn)場(chǎng)勘查，提出最適合工作面的配套自動(dòng)化系統(tǒng)解決方案，并對(duì)自動(dòng)化工作面成套設(shè)備的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算確定，對(duì)設(shè)備原有的機(jī)械傳動(dòng)、電路接口進(jìn)行適配。重點(diǎn)對(duì)采煤機(jī)、液壓支架、輸送機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備，設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)，聯(lián)合試運(yùn)行。

圖1 采煤機(jī)自動(dòng)化協(xié)同控制系統(tǒng)圖

3 18509 自動(dòng)化工作面系統(tǒng)的組成

3.1 采煤機(jī)自動(dòng)協(xié)同控制

采煤機(jī)的自動(dòng)協(xié)同控制通過遠(yuǎn)程操作平臺(tái)，基于采煤機(jī)主機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)的啟停、牽引速度及運(yùn)行方向的遠(yuǎn)程控制、采煤機(jī)記憶割煤的遠(yuǎn)程起?？刂啤?shí)現(xiàn)煤流平衡控制、當(dāng)刮板輸運(yùn)機(jī)負(fù)荷超限時(shí)，能夠自動(dòng)實(shí)施對(duì)采煤機(jī)閉鎖控制。采煤機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)如圖1 所示。

MG300/730-WD 型電牽引采煤機(jī)由于自身具有自動(dòng)化記憶割煤功能和數(shù)據(jù)傳輸功能，只需提供雙線CAN 或RJ45 或RS485 接口，向綜采自動(dòng)化控制系統(tǒng)提供遠(yuǎn)程控制接口，保證數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性，遠(yuǎn)程控制延時(shí)不大于300 ms；準(zhǔn)配傳感器對(duì)采煤機(jī)的行走速度、定位、滾筒高度進(jìn)行監(jiān)控。采煤機(jī)遠(yuǎn)程操控應(yīng)實(shí)現(xiàn)滾筒升降、左右牽、加減速和遠(yuǎn)程急停等功能。

3.2 液壓支架自動(dòng)控制

液壓支架電控系統(tǒng)采用北京天地瑪珂的SAC型控制系統(tǒng)，通過在控制系統(tǒng)嵌入ARM7 處理器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集、傳輸和處理。

SAC 型液壓支架電液控制系統(tǒng)具有雙線CAN接口，向自動(dòng)化集控系統(tǒng)提供傳輸率33 kbit/s 的遠(yuǎn)程控制接口; 支架電液控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制功能包含單架單動(dòng)作、成組推溜、成組拉架等動(dòng)作。在支架電液控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)在工作面順槽監(jiān)控中心對(duì)液壓支架的遠(yuǎn)程控制。通過遠(yuǎn)程操作臺(tái)對(duì)液壓支架的遠(yuǎn)程操控；系統(tǒng)界面可顯示并實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架控制、跟機(jī)自動(dòng)化控制、閉鎖及緊急停止、故障顯示及報(bào)警、自動(dòng)補(bǔ)壓、帶壓移架、礦壓監(jiān)測(cè)、工作面數(shù)據(jù)集成及上傳、順槽及地面監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析及信息發(fā)布等功能，同時(shí)，可顯示工作面的推進(jìn)度和跟班進(jìn)度。

3.3 運(yùn)載設(shè)備的集中控制

運(yùn)載設(shè)備的集中控制主要是對(duì)刮板輸運(yùn)機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)及膠帶輸送機(jī)的遠(yuǎn)程起?？刂萍绊樞蜻h(yuǎn)程起?？刂?。工作面語音通信系統(tǒng)與順槽皮帶系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)傳輸功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)載設(shè)備的監(jiān)控。運(yùn)載設(shè)備控制系統(tǒng)通信圖如圖2 所示。

轉(zhuǎn)載機(jī)自移控制是將端頭支架電液控制與轉(zhuǎn)載機(jī)自移進(jìn)行關(guān)聯(lián)控制，在端頭支架推轉(zhuǎn)載機(jī)前，轉(zhuǎn)載機(jī)自移系統(tǒng)提前將轉(zhuǎn)載機(jī)抬起，端頭架推轉(zhuǎn)載機(jī)同時(shí)轉(zhuǎn)載機(jī)推移缸伸出，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)載機(jī)自移。轉(zhuǎn)載機(jī)自移系統(tǒng)可單獨(dú)進(jìn)行電控及遙控控制，轉(zhuǎn)載機(jī)、皮帶機(jī)具有遠(yuǎn)程操控和報(bào)警功能。

3.4 泵站系統(tǒng)的集中控制

泵站系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)傳輸功能，實(shí)現(xiàn)與綜采自動(dòng)化的雙向通信，并向綜采自動(dòng)化系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)傳輸及遠(yuǎn)程控制接口。泵站集中控制系統(tǒng)具有監(jiān)測(cè)泵站出口壓力、泵站油溫、泵站油位狀態(tài)、泵站電磁閥動(dòng)作情況、液箱液位、乳化油油箱油位檢測(cè)和數(shù)據(jù)收集等功能。

圖2 運(yùn)載設(shè)備控制系統(tǒng)通信圖

3.5 超前支架控制

通過在液壓支架的關(guān)鍵部位安裝傾角傳感器、激光測(cè)距儀、壓力傳感器，實(shí)現(xiàn)超前支架遠(yuǎn)程及自動(dòng)控制。壓力傳感器可對(duì)立柱的受壓狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為遠(yuǎn)程操控提供數(shù)據(jù)。

4 自動(dòng)化綜采工作面系統(tǒng)的應(yīng)用效果

馬蘭礦18509 自動(dòng)化綜采工作面以工業(yè)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了各系統(tǒng)間的無縫連接，提高自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行可靠性；通過礦井調(diào)度指揮中心，將綜采工作面的采煤機(jī)、液壓支架、運(yùn)輸機(jī)和泵站等控制系有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)高度集中自動(dòng)化控制；對(duì)支架與采煤機(jī)能改實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，控制延時(shí)均在300 ms 以內(nèi)，大大提高了系統(tǒng)的實(shí)用性；系統(tǒng)高度集成，將工作面數(shù)據(jù)、控制、通訊、視頻等集成為一體，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的高速傳輸功能。