SAM 型綜采工作面智能控制系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用

谷偉強(qiáng)

（同煤集團(tuán)挖金灣煤業(yè)公司，山西 大同 037003）

1 工程概況

1.1 基本情況

同煤集團(tuán)挖金灣礦8102 綜采自動(dòng)化工作面沿3#煤布置，屬中灰、低硫的優(yōu)質(zhì)貧、瘦煤，煤層軟，瓦斯大，結(jié)構(gòu)多，底板軟，頂板壓力大。地面標(biāo)高1522～1629 m，工作面標(biāo)高996～1004 m；煤層厚度2.90～4.05 m，平均煤厚3.47 m，煤層傾角1～3°，平均傾角2°；可采指數(shù)1.00；變異系數(shù)31%。8102 工作面走向長(zhǎng)度1 464.8 m，采長(zhǎng)230.2 m，面積337 196.96 m2。

8102 綜采自動(dòng)化工作面采用SAC 型液壓支架智能控制系統(tǒng)、SAC 智能集成供液系統(tǒng)、MG400/930-W 采煤機(jī)等設(shè)備，通過(guò)工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，將工作面所有設(shè)備信息進(jìn)行整合集成，完成數(shù)據(jù)采集、傳輸、遠(yuǎn)程集中控制功能。并通過(guò)WEB 服務(wù)、交換設(shè)備等與局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和信息共享，為現(xiàn)場(chǎng)管理提供量化的、精準(zhǔn)的管理依據(jù)，為設(shè)備的正常運(yùn)行及故障診斷提供科學(xué)理論指導(dǎo)。

1.2 工作面綜采設(shè)備

工作面綜采設(shè)備配套情況：液壓支架—ZTZ25000/18/5 型2 架超前支架，ZY6800-18/37 型157 架基本架，ZZC8300/22/35 型4 架沿空留巷支護(hù)；電控系統(tǒng)—SAC 型液壓支架智能控制系統(tǒng)；采煤機(jī)—MG400/930-W 型動(dòng)力載波信息傳輸；轉(zhuǎn)載機(jī)—SZZ-1000/400 箱式自移；運(yùn)輸機(jī)—SGZ-1000/1400（L=250 m）；乳化液泵—BRW400/31.5 遠(yuǎn)距離集成供液；集中控制—綜采工作面綜合控制系統(tǒng)、KTC101 型工作面通信系統(tǒng)、CLX01 型采爆機(jī)順槽監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。

2 使用情況及特點(diǎn)

生產(chǎn)作業(yè)方式實(shí)行三班制，一班檢修，兩班生產(chǎn)。3017 綜采工作面使用采場(chǎng)無(wú)人化技術(shù)后，整個(gè)采場(chǎng)僅需2 名支架工、2 名采煤機(jī)司機(jī)、1 名輸送機(jī)司機(jī)。采場(chǎng)人員配置如表1 所示。

表1 采場(chǎng)人員配置

3 SAM 型綜采工作面綜合智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

SAM 型綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)由工作面信息傳輸設(shè)備、視頻監(jiān)視設(shè)備和遠(yuǎn)程集中監(jiān)控設(shè)備等組成。

3.1 礦用隔爆兼本安型監(jiān)控主機(jī)

礦用計(jì)算機(jī)為工作面遠(yuǎn)程集中監(jiān)控設(shè)備。礦用計(jì)算機(jī)布置在順槽監(jiān)控中心，主要用來(lái)對(duì)液壓支架智能控制系統(tǒng)大容量數(shù)據(jù)、視頻信息的存儲(chǔ)與控制。礦用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)在隔爆外殼內(nèi)，可以放置多個(gè)計(jì)算機(jī)單元，每個(gè)計(jì)算機(jī)單元由計(jì)算機(jī)主板、接口隔離板、UPS 電源和一系列通信接口組成。接口主要有USB 接口、以太網(wǎng)接口、RS232 接口、RS422 接口。計(jì)算機(jī)單元具有掉電保護(hù)和上電軟啟動(dòng)等功能。一個(gè)計(jì)算機(jī)服務(wù)器可以配置多個(gè)顯示器。

3.2 礦用本質(zhì)安全型顯示器

礦用本質(zhì)安全顯示器布置在順槽監(jiān)控中心，作為礦用隔爆兼本安型監(jiān)控主機(jī)的顯示設(shè)備來(lái)使用。礦用本質(zhì)安全型顯示器為液晶顯示器，通過(guò)礦用光纜與主機(jī)進(jìn)行通信連接。一個(gè)計(jì)算機(jī)服務(wù)器可以配置多個(gè)顯示器。

3.3 礦用本質(zhì)安全型綜采綜接入器

礦用本質(zhì)安全綜采綜接入器為工作面信息傳輸設(shè)備，主要用來(lái)將工作面的傳感器數(shù)據(jù)、設(shè)備動(dòng)作數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)接入，并傳輸?shù)巾槻郾O(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)各設(shè)備的匯集與高速傳輸。礦用本質(zhì)安全型綜采綜接入器提供了一條高速的數(shù)據(jù)信息傳輸通道，傳輸通道帶寬可達(dá)百兆。

3.4 礦用本質(zhì)安全型光電轉(zhuǎn)換器

礦用本質(zhì)安全型光電轉(zhuǎn)換器為工作面信息傳輸設(shè)備，主要用于工作信息傳輸介質(zhì)的光電轉(zhuǎn)換。井下自動(dòng)化系統(tǒng)通信經(jīng)常涉及長(zhǎng)距離以太網(wǎng)通信，由于普通以太網(wǎng)線纜通常情況下最大傳輸距離僅有100 m，需要進(jìn)行長(zhǎng)距離通信時(shí)，適合用光電轉(zhuǎn)換器將RJ45 接口以太網(wǎng)光纜信號(hào)轉(zhuǎn)換為光纖通信。

3.5 礦用本質(zhì)安全型攝像儀

礦用本質(zhì)安全型攝像儀為工作面視頻監(jiān)視設(shè)備，主要用于視頻攝像，采集工作面或順槽視頻信息，壓縮編碼，并打包成IP 報(bào)文的形式發(fā)布到以太網(wǎng)上，供顯示器解碼顯示。該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)小巧，質(zhì)量輕，具有安裝布置靈活、低照度、高分辨率、高可靠性等特點(diǎn)。其小巧的結(jié)構(gòu)使其可安裝在薄煤層工作面上。

3.6 礦用本安型操作臺(tái)

礦用本安型操作臺(tái)為綜采工作面集中控制設(shè)備，用于在順槽監(jiān)控中心對(duì)工作面設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，可以遠(yuǎn)程控制液壓支架、采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)等設(shè)備。遠(yuǎn)程操作臺(tái)鍵位布置符合人體工學(xué)原理，操作方便，接口豐富，可交互性強(qiáng)。本安型操作臺(tái)可以作為井下主控計(jì)算機(jī)的模擬鍵盤，操作臺(tái)將按鍵操作進(jìn)行歸納、分類，并通過(guò)按鍵、旋鈕等硬件形式設(shè)置，可以進(jìn)行直觀操作。作為操作輸入的源端，本安型操作臺(tái)將操作內(nèi)容轉(zhuǎn)化為RS232 通信數(shù)據(jù)中相關(guān)數(shù)據(jù)點(diǎn)位報(bào)送給具有控制核心的集控主機(jī)，集控主機(jī)通過(guò)對(duì)操作臺(tái)相關(guān)操作處理，最后實(shí)現(xiàn)對(duì)綜采設(shè)備的遠(yuǎn)程操作。

4 工作面智能化控制系統(tǒng)主要功能

8102 綜采工作面與傳統(tǒng)的綜采工作面相比，通過(guò)先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將工作面所有設(shè)備信息進(jìn)行整合集成，將工作面不相關(guān)卻又相互影響的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)集成，實(shí)現(xiàn)相互檢測(cè)和控制，最大程度地發(fā)揮設(shè)備性能，提升設(shè)備運(yùn)行可靠性，實(shí)現(xiàn)工作面設(shè)備的高度集成化，具體實(shí)現(xiàn)的功能如下。

（1）采煤機(jī)搖臂智能調(diào)高和記憶割煤自動(dòng)控制。通過(guò)在集控室操作組態(tài)軟件，結(jié)合視頻數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面采煤機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

（2）液壓支架多級(jí)護(hù)幫智能控制。在護(hù)幫板上安裝壓力傳感器，行程傳感器，實(shí)現(xiàn)護(hù)幫板對(duì)煤壁的支撐管理和護(hù)幫板的智能姿態(tài)控制。在三級(jí)護(hù)幫板上安裝接近傳感器，實(shí)現(xiàn)液壓支架與采煤機(jī)防碰撞智能控制。

（3）在綜采工作面建立工業(yè)以太網(wǎng)主干高速通信網(wǎng)絡(luò)，把工作面的視頻信息、設(shè)備信息和感知信息匯集到監(jiān)控中心進(jìn)行集中管理。

（4）實(shí)現(xiàn)全工作面液壓支架跟機(jī)自動(dòng)控制功能。

（5）在綜采工作面全面布置本安型高清云臺(tái)攝像儀，實(shí)現(xiàn)綜采工作面的視頻監(jiān)視和煤機(jī)動(dòng)態(tài)視頻追蹤等功能。

（6）實(shí)現(xiàn)運(yùn)配液站自動(dòng)化。遠(yuǎn)程配液系統(tǒng)，由進(jìn)水過(guò)濾站、軟化水裝置、供水加壓泵、乳化液配比泵、遠(yuǎn)程供液泵、液箱、水箱、乳化液混合器及泵站控制裝置組成。將配液設(shè)備由原來(lái)的設(shè)備列車處移至進(jìn)風(fēng)口配液站，縮短了近1300 m 的乳化液運(yùn)輸距離。在液箱液位低于設(shè)置值時(shí)，自動(dòng)開啟乳化液配比泵進(jìn)行配液；水箱水位低于設(shè)置值時(shí)，自動(dòng)開啟供水加壓泵；設(shè)備列車處液位低于設(shè)置值時(shí)，自動(dòng)開啟遠(yuǎn)程供液泵與遠(yuǎn)端127 V 電動(dòng)球閥。

（7）構(gòu)建煤礦井下生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)環(huán)境模型，實(shí)現(xiàn)使用設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)支撐的工作面三維虛擬現(xiàn)實(shí)。

（8）實(shí)現(xiàn)在地面調(diào)度室進(jìn)行順槽監(jiān)控中心對(duì)工作面設(shè)備遠(yuǎn)程控制和一鍵啟?？刂乒δ堋?/p>

5 實(shí)踐應(yīng)用及效果分析

8102 綜采自動(dòng)化工作面采用了SAM 新型綜采工作面智能控制系統(tǒng)，主要采用MG400/930-W 采煤機(jī)、SGZ-1000/1400 刮板輸送機(jī)和泵站控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)融合了采煤機(jī)記憶割煤、液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化、運(yùn)輸系統(tǒng)煤流負(fù)荷平衡、智能集成供液、遠(yuǎn)程集控等高新技術(shù)。在時(shí)間應(yīng)用中該項(xiàng)目開發(fā)了多種工作面感知設(shè)備，工作面使用了上千只傳感器，用來(lái)檢測(cè)工作面設(shè)備運(yùn)行姿態(tài)和作業(yè)工況及生產(chǎn)環(huán)境，構(gòu)建了工作面工業(yè)以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了地面一鍵啟停的工作面遠(yuǎn)程生產(chǎn)管理模式。

當(dāng)前8102 工作面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了跟機(jī)自動(dòng)化、遠(yuǎn)程供配液、采煤機(jī)速度與瓦斯聯(lián)動(dòng)等功能，減員達(dá)62%，同時(shí)工效提高14.118 t/工，提高幅度38.78%。通過(guò)在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行摸索，實(shí)現(xiàn)這些功能與生產(chǎn)條件的和諧匹配，努力使這些功能實(shí)現(xiàn)常態(tài)化使用。同時(shí)，將工作面的管理經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化的數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的挖掘分析，如對(duì)工作面采煤機(jī)運(yùn)行軌跡跟蹤。液壓支架跟機(jī)作業(yè)自動(dòng)化、礦壓分析、乳化液供液系統(tǒng)分析等進(jìn)行研究探索，為現(xiàn)場(chǎng)管理提供量化的、精準(zhǔn)的管理依據(jù)，為下一步綜采自動(dòng)化工作面的推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。