自動(dòng)化技術(shù)在綜采工作面的應(yīng)用

栗平生

（晉能集團(tuán)晉中有限公司， 山西 晉中 030600）

引言

我國煤礦資源受地質(zhì)條件影響，以及開采設(shè)備和技術(shù)的限制，煤炭利用率不高。這些年來，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的不斷發(fā)展，綜采工作逐漸向無人化、大型化、自動(dòng)化以及高效化方向發(fā)展。

1 綜采工作面概述

綜合機(jī)械化采煤簡稱綜采，是指采煤工作面的全部生產(chǎn)過程，包括了破煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)、采空區(qū)處理、回采巷道運(yùn)輸以及掘進(jìn)過程的全部機(jī)械化。它的設(shè)備主要是“三機(jī)”以及其他附屬設(shè)備，“三機(jī)”即自移式液壓支架、可彎曲刮板輸送機(jī)、采煤機(jī)，其他附屬設(shè)備有轉(zhuǎn)載機(jī)、可伸縮的皮帶運(yùn)輸機(jī)、乳化泵站以及供電設(shè)備。煤礦綜采工作面技術(shù)較為復(fù)雜，設(shè)備應(yīng)用較多，當(dāng)前的煤礦一般要用到近200 臺設(shè)備以及200 組支架共同運(yùn)轉(zhuǎn)，自動(dòng)化難度較高。目前的綜采工作面系統(tǒng)一般分為五大系統(tǒng)，見表1。

煤礦綜采工作對自動(dòng)化控制系統(tǒng)有較高的要求，以保證煤礦的高效運(yùn)行以及安全生產(chǎn)。綜采工作面系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制、就地集中控制、就地分布控制[1]，這不僅能對工作面上的采煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等進(jìn)行檢測和控制，也能對供電系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行檢測和控制。同時(shí)綜采工作面應(yīng)具備有各個(gè)工作點(diǎn)位的視頻監(jiān)測，系統(tǒng)故障時(shí)能夠第一時(shí)間完成故障檢測。電路故障是導(dǎo)致井下事故的主要原因之一，必須具有可靠的過流保護(hù)系統(tǒng)，過流保護(hù)裝置禁止出現(xiàn)誤動(dòng)和拒動(dòng)，需要對井下瓦斯含量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，應(yīng)有警報(bào)和應(yīng)急機(jī)制，見圖1。

表1 綜采系統(tǒng)的構(gòu)成

圖1 綜采工作面的要求

由于我國對煤礦安全的要求越來越高，綜采工作面趨向于無人化方向發(fā)展，無人自動(dòng)化工作面已經(jīng)成為了世界前沿技術(shù)。它最大的優(yōu)點(diǎn)是人不在工作面內(nèi)，通過無線或有線控制，實(shí)現(xiàn)割煤、轉(zhuǎn)架、移動(dòng)支架以及頂板支護(hù)等工藝流程，最終達(dá)到生產(chǎn)自動(dòng)化、信息化以及智能化的目的。

2 綜采工作面系統(tǒng)的構(gòu)成

2.1 采煤機(jī)控制系統(tǒng)

在實(shí)際生產(chǎn)中，采煤機(jī)的自動(dòng)控制是根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，而人工控制僅作為輔助。采煤機(jī)的兩個(gè)重要控制方面是滾筒高度控制和牽引控制，實(shí)際生產(chǎn)中，采煤機(jī)的控制需要根據(jù)實(shí)際的地質(zhì)情況進(jìn)行選擇。采煤機(jī)控制中比較重要的是首刀控制，因?yàn)楦鞣N類型的采煤機(jī)都需要對首刀的參數(shù)進(jìn)行確定并存儲。然后根據(jù)首刀參數(shù)進(jìn)行修改，這樣才能做好恒定的控制。其次是記憶割煤技術(shù)，將傳統(tǒng)的人工割煤參數(shù)輸入系統(tǒng)，然后再根據(jù)人工輔助作用對這些參數(shù)進(jìn)行修正，這樣采煤機(jī)的適應(yīng)性可大大提高[2]。

我國的交流電牽引采煤技術(shù)比較成熟，例如：上海天地科技股份有限公司的MG750/1915-WD 型交流電牽引采煤機(jī)在國內(nèi)各采煤工作面上都得到了很好的應(yīng)用。圖2 是采煤機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)示意圖。

圖2 采煤機(jī)控制系統(tǒng)

2.2 液壓支架控制系統(tǒng)

在割煤作業(yè)中，采煤機(jī)完成割煤后，需要對液壓支架進(jìn)行移動(dòng)，這就需要采煤機(jī)實(shí)時(shí)向液壓支架傳輸采煤機(jī)的位置信息和相關(guān)數(shù)據(jù)，從而確定采煤機(jī)的位置數(shù)據(jù)。一般液壓支架都裝有紅外線接收器，能夠?qū)崟r(shí)接收采煤機(jī)傳輸?shù)男畔?，確定位置。液壓支架根據(jù)位置信息分析和判斷后，進(jìn)行反饋動(dòng)作，它的控制系統(tǒng)主要是PM4 電液控制系統(tǒng)。液壓支架的控制需要根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的程序運(yùn)行，能夠?qū)崿F(xiàn)單架、成組控制以及全工作面的控制。我國的液壓支架系統(tǒng)也在逐漸成熟，例如：在2012 年年末在伊泰京粵酸刺溝礦業(yè)投入使用的SAC 型ZF21000/25/45D 液壓支架電液控制系統(tǒng)，是由北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)有限公司設(shè)計(jì)制造，它的整體性能完全達(dá)到了世界先進(jìn)水平[3]。

移動(dòng)式液壓支架未來主要朝以下方向發(fā)展：一是不斷向標(biāo)準(zhǔn)化、通用化方向發(fā)展；二是將不斷開發(fā)高精度、高靈敏度的傳感器，增加傳感器的可靠性和使用壽命；三是提高設(shè)備的自動(dòng)化、數(shù)字化，人機(jī)交互，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)校對和自動(dòng)修正。

2.3 輸送機(jī)控制系統(tǒng)

輸送機(jī)的工作是根據(jù)實(shí)際工作電流和刮板受力情況進(jìn)行的。因此自動(dòng)化控制系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)監(jiān)控綜采工作面的各項(xiàng)參數(shù)。通過控制負(fù)載來控制輸送機(jī)的運(yùn)輸速度，以便采煤機(jī)調(diào)整控制落煤量。

如果在采煤過程中，輸送機(jī)電流過大或刮板受力過大，輸送機(jī)就能夠根據(jù)實(shí)際情況將這些信息與預(yù)先設(shè)置好的信息進(jìn)行比對，將比對結(jié)果形成電信號反饋至采煤機(jī)。采煤機(jī)根據(jù)反饋信號降低工作速度，如果有必要，能夠及時(shí)停車，以確保工作面的安全以及生產(chǎn)的高效性。目前的運(yùn)輸機(jī)采用CST 系列調(diào)速起動(dòng)，效率更高[4]。

2.4 綜采自適應(yīng)過流保護(hù)系統(tǒng)

目前有較多的煤礦采用了自適應(yīng)的過流保護(hù)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)瞬時(shí)電流速斷、限時(shí)電流速斷、定時(shí)電流保護(hù)以及自適應(yīng)的過載保護(hù)。它的主要特征是能夠根據(jù)電流的變化進(jìn)行整定值的調(diào)整[5]。

2.5 “三機(jī)”工況故障診斷系統(tǒng)

為了保障“三機(jī)”在工作面上安全可靠運(yùn)行，需要裝配有三機(jī)工況自動(dòng)檢測與故障診斷系統(tǒng)?？梢岳肁CTS 自動(dòng)調(diào)鏈裝置以及各種可控驅(qū)動(dòng)裝置、CST 可控驅(qū)動(dòng)裝置，使三機(jī)系統(tǒng)向智能化發(fā)展。

2.6 預(yù)警系統(tǒng)

災(zāi)害自動(dòng)預(yù)測預(yù)報(bào)系統(tǒng)對瓦斯含量、地?zé)岢潭?、工作面的頂板壓力、水體情況進(jìn)行全面的監(jiān)測，將信息發(fā)往控制中心，再利用控制中心的評價(jià)軟件進(jìn)行評價(jià)事故事件發(fā)生的危險(xiǎn)性及發(fā)生概率，這樣避免了因?yàn)榈刭|(zhì)條件而發(fā)生井下事故的可能性，保證了井下人員和設(shè)備的安全，也為下步的開采提供數(shù)據(jù)支持。

3 結(jié)語

隨著綜采工作面技術(shù)的不斷發(fā)展，綜采工作面相關(guān)工藝也在不斷發(fā)展。綜采工作面必須考慮工作面位置與相鄰綜采工作面的關(guān)系、回采范圍以及地面因素等。自動(dòng)化采煤技術(shù)的應(yīng)用在大大提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，也提高了煤礦的安全性。目前綜采工作面的自動(dòng)化技術(shù)正在向無人自動(dòng)化方向和智能化方向發(fā)展。在不同的地質(zhì)條件下，自動(dòng)化技術(shù)的適應(yīng)性也在不斷提高，未來無人工作面采煤工藝智能化發(fā)展將成為可能。