煤礦連采設(shè)備的自動(dòng)化應(yīng)用研究

摘要：對(duì)煤礦連采設(shè)備的運(yùn)行原理與使用要求進(jìn)行了分析，提出了該設(shè)備的自動(dòng)化應(yīng)用方法，并對(duì)該設(shè)備未來發(fā)展前景進(jìn)行了展望，力求通過搭建井下自動(dòng)化工業(yè)環(huán)網(wǎng)、優(yōu)化供電設(shè)備接口、給料破碎機(jī)改造升級(jí)等，使該設(shè)備獲得更大的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：煤礦;連采設(shè)備;自動(dòng)化

0 ? ?引言

隨著科技飛速發(fā)展，煤礦生產(chǎn)的機(jī)械化程度逐漸提升，為了提高煤炭開采量，各大企業(yè)積極引入先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，其中連采設(shè)備朝著自動(dòng)化方向迅猛發(fā)展，在全國范圍內(nèi)得到了普及和應(yīng)用。在煤礦生產(chǎn)中引入連采自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制連采設(shè)備運(yùn)行，使煤炭開采效率得到進(jìn)一步提升。

1 ? ?煤礦連采設(shè)備運(yùn)行原理與使用要求

煤礦連采設(shè)備主要應(yīng)用于煤礦開采與巷道掘進(jìn)中，具有截割、裝載、噴霧除塵等多項(xiàng)功能，以模塊式部件為主，適用于厚度較大的煤層，便于后期維修。該設(shè)備主要由截割、裝煤、運(yùn)煤、液壓與電氣等系統(tǒng)構(gòu)成，采用橫軸式滾筒截割機(jī)構(gòu)，將兩臺(tái)交流電機(jī)安裝在截割臂中，利用扭矩限制器與齒輪減速箱進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使左右滾筒旋轉(zhuǎn)后落煤;液壓缸對(duì)滾筒升降具有控制作用;裝煤部分包括裝載耙爪、鏟煤板，前者在減速器驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，減速器還可帶動(dòng)刮板運(yùn)送機(jī)運(yùn)行，依靠裝載耙爪的力量，將滾筒割下的煤運(yùn)送到輸送機(jī)中。

連采設(shè)備的使用要求如表1所示。

該設(shè)備適用于埋深較淺的礦井邊角煤的開采以及回采巷道，煤層厚度在3.5 m以上，傾角不超過12°，煤層頂板穩(wěn)定，允許暴露面積50 m2，底板具有較強(qiáng)的抗壓性。據(jù)調(diào)查，在我國158個(gè)礦井中有94個(gè)符合該設(shè)備的采煤標(biāo)準(zhǔn)，總煤層可開采量超過6 000萬t。此外，有170個(gè)煤層符合采煤標(biāo)準(zhǔn)，總煤炭存儲(chǔ)量達(dá)1.8×109 t。由此可見，該設(shè)備應(yīng)用范圍廣，應(yīng)對(duì)此加強(qiáng)重視，積極引進(jìn)連采技術(shù)與設(shè)備，以最低的成本開采出更多的煤炭資源[1]。

2 ? ?煤礦連采設(shè)備的自動(dòng)化應(yīng)用措施

2.1 ? ?工作面信息技術(shù)應(yīng)用

現(xiàn)階段，連采工作面自動(dòng)化主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。為連采工作面遠(yuǎn)程控制人員提供仿真視覺效果，支持遠(yuǎn)程指導(dǎo)生產(chǎn)、輔助遠(yuǎn)程控制等功能。

（2）集中控制中心。在工作面安全區(qū)中設(shè)置集控中心，通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)連采設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)故障信息、運(yùn)行數(shù)據(jù)、視頻等進(jìn)行采集和處理，結(jié)合連采工作流程，構(gòu)建高效控制機(jī)制，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)控制，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)設(shè)備聯(lián)鎖、協(xié)調(diào)控制、閉鎖保護(hù)等功能。

（3）故障診斷和預(yù)測(cè)。單機(jī)設(shè)備運(yùn)行是自動(dòng)化核心，通過對(duì)工作面設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，積累歷史數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析，判斷關(guān)鍵部件的平均壽命與故障數(shù)據(jù)等，通過挖掘大數(shù)據(jù)背后共性規(guī)律，構(gòu)建故障診斷與預(yù)測(cè)系統(tǒng)。

2.2 ? ?供電系統(tǒng)

該系統(tǒng)的主要作用在于將連采工作面涉及的所有供電設(shè)備進(jìn)行匯總，納入到供電圖中，即整個(gè)礦井中全部設(shè)備根據(jù)供電拓?fù)潢P(guān)系在相同的畫面中表現(xiàn)出來，操作人員可利用鼠標(biāo)滾輪對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行查看和調(diào)整，掌握整個(gè)礦井供電網(wǎng)絡(luò)的信息，還可對(duì)故障電路進(jìn)行模擬，判斷受影響的范圍，幫助搶修人員在較短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確找到故障點(diǎn)，節(jié)省故障時(shí)間，為故障診斷與檢修提供極大便利，切實(shí)保障礦井安全。在供電圖中，操作者可對(duì)井下各項(xiàng)供電設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和分合閘，實(shí)時(shí)了解各臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，例如，某連采工作面通風(fēng)機(jī)的供電系統(tǒng)出現(xiàn)異常，受故障影響而停機(jī)，調(diào)度中心將在第一時(shí)間接到報(bào)警，由操作者及時(shí)查看報(bào)警內(nèi)容，確定故障點(diǎn);調(diào)度人員可根據(jù)實(shí)際情況，指揮井下工人避災(zāi)，在最短時(shí)間內(nèi)使設(shè)備恢復(fù)運(yùn)行，并確保工人的人身安全[2]。

2.3 ? ?連采單機(jī)設(shè)備

針對(duì)以往連采單機(jī)設(shè)備中存在的“信息孤島”情況，構(gòu)建單機(jī)信息化系統(tǒng)，為工作面自動(dòng)化創(chuàng)造基礎(chǔ)條件，單機(jī)設(shè)備包括3種運(yùn)行模式，分別為遠(yuǎn)程、就地與自動(dòng)控制，由操作人員根據(jù)工程實(shí)際需求靈活調(diào)整。當(dāng)設(shè)備處于自動(dòng)模式時(shí)，連采機(jī)運(yùn)輸機(jī)以檢測(cè)梭車位置為依據(jù)自動(dòng)運(yùn)行，在啟動(dòng)之前發(fā)出語音提示，在啟動(dòng)后閃爍紅光報(bào)警，當(dāng)運(yùn)輸系統(tǒng)自動(dòng)停車后，紅燈才滅;當(dāng)設(shè)備處于遠(yuǎn)程控制模式時(shí)，調(diào)度人員在PSI平臺(tái)上可對(duì)連采機(jī)、梭車、破碎機(jī)、皮帶進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)設(shè)備啟動(dòng)后，畫面將自動(dòng)變成綠色，當(dāng)設(shè)備停止時(shí)，變?yōu)辄S色，當(dāng)設(shè)備故障時(shí)，變?yōu)榧t色，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)確保設(shè)備始終處于健康的運(yùn)行狀態(tài)。在工作面中其他運(yùn)行設(shè)備同樣受到監(jiān)測(cè)，使設(shè)備運(yùn)行效率顯著提升，還可達(dá)到減員增效目標(biāo)，切實(shí)保護(hù)工作環(huán)境。連采單機(jī)設(shè)備的主要功能如下：

（1）設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)采集、處理、顯示與存儲(chǔ)，包括視頻數(shù)據(jù)與狀態(tài)數(shù)據(jù);

（2）對(duì)視頻數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制;

（3）與設(shè)備運(yùn)行實(shí)際情況相結(jié)合，對(duì)單機(jī)開啟、暫停與特定動(dòng)作進(jìn)行控制;

（4）具有多臺(tái)設(shè)備聯(lián)動(dòng)、閉鎖功能，可提高生產(chǎn)效率，確保生產(chǎn)安全。

3 ? ?煤礦連采設(shè)備自動(dòng)化應(yīng)用前景

我國許多資源受地理位置、技術(shù)水平等因素影響，開采難度較大。未來應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，提高連采自動(dòng)化水平，進(jìn)一步開拓連采設(shè)備廣闊的發(fā)展前景。

3.1 ? ?搭建井下自動(dòng)化工業(yè)環(huán)網(wǎng)

工業(yè)環(huán)網(wǎng)即工業(yè)以太網(wǎng)，是指將以太網(wǎng)引入到工業(yè)控制中的局域網(wǎng)技術(shù)，以星型、總線、環(huán)形作為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括連采機(jī)割煤、裝煤;梭車運(yùn)煤、破碎機(jī)以及皮帶運(yùn)行等，掘進(jìn)設(shè)備分布具有分散性，需要搭建井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)，才可實(shí)現(xiàn)連采自動(dòng)化控制，使膠帶機(jī)頭部、交換機(jī)與配電硐室以環(huán)網(wǎng)形式相互連接，當(dāng)某點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，不會(huì)對(duì)其他設(shè)備自動(dòng)化控制產(chǎn)生不良影響，為連采系統(tǒng)運(yùn)行創(chuàng)設(shè)安全可靠的工作環(huán)境[3]。

3.2 ? ?優(yōu)化供電設(shè)備接口

在連采工作面中，通常情況下配電點(diǎn)設(shè)置在局部通風(fēng)機(jī)周圍的聯(lián)巷中，主要包括風(fēng)機(jī)移變、專用移變、梭車移變等，且設(shè)備分布較分散，與采集箱間的距離較遠(yuǎn)，設(shè)備搬家較為頻繁，主運(yùn)與供電設(shè)備以RS485通信方式為主，一些老舊設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)通信，且不能在工業(yè)環(huán)網(wǎng)中直接傳輸，需對(duì)串口服務(wù)器進(jìn)行轉(zhuǎn)化。未來應(yīng)將連采系統(tǒng)中的串口服務(wù)器改為GW1104-4DI型號(hào)，可順利實(shí)現(xiàn)RS-232/485/422與TCP/IP間的數(shù)據(jù)傳輸，可有效實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。

3.3 ? ?給料破碎機(jī)改造升級(jí)

一是在電控箱中加入電磁閥驅(qū)動(dòng)板、模擬量輸入模塊等，并增加電磁控制閥、配套膠管與接口等，可通過手動(dòng)與自動(dòng)兩種控制方式進(jìn)行轉(zhuǎn)載運(yùn)輸;二是在破碎機(jī)機(jī)身處設(shè)置紅外線接收器，在梭車上安裝紅外發(fā)射器，當(dāng)兩者相距10 m時(shí)，接收器可接收到信號(hào)，此時(shí)PLC控制器啟動(dòng)，破碎機(jī)開始報(bào)警，并自動(dòng)啟動(dòng);當(dāng)梭車卸料完畢后，破碎機(jī)根據(jù)之前設(shè)定的時(shí)間延時(shí)停機(jī);三是對(duì)破碎機(jī)中標(biāo)準(zhǔn)的Modbus RTU協(xié)議RS485接口進(jìn)行改進(jìn)，將數(shù)據(jù)采集箱接入其中，借助環(huán)網(wǎng)交換機(jī)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸{(diào)度中心，完成地面遠(yuǎn)程控制與監(jiān)測(cè)工作[4]。

4 ? ?結(jié)語

在新時(shí)期背景下，連采設(shè)備自動(dòng)化應(yīng)用可使煤礦開采效率得到顯著提升，PSI系統(tǒng)、膠帶機(jī)監(jiān)控、通信系統(tǒng)等設(shè)備的引入，可實(shí)時(shí)掌握各個(gè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)與參數(shù)，不但能減少人力資源的浪費(fèi)，還可顯著提高設(shè)備運(yùn)行效率，在自動(dòng)化技術(shù)的支撐下，順利達(dá)到減員增效的目標(biāo)。

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收稿日期：2020-02-05

作者簡介：陳建飛（1991—），男，陜西蒲城人，助理工程師，研究方向：煤礦自動(dòng)化開采。