綜采工作面自動(dòng)化設(shè)備選型及管理軟件開(kāi)發(fā)與實(shí)踐

楊維維，王靜冬，楊家祥，鐘方敏

（寧波建新趙氏科技有限公司，浙江寧波 315600）

0 引言

綜采工作自動(dòng)化發(fā)展可提升采礦生產(chǎn)效率，并在特定管理軟件下提高管理精度，最大程度激發(fā)出自動(dòng)化設(shè)備效果，實(shí)現(xiàn)高效開(kāi)采。但在現(xiàn)階段綜采工作面生產(chǎn)中，存在管理手段落后、定員多等問(wèn)題，需借助適宜管理軟件展開(kāi)針對(duì)性應(yīng)對(duì)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，緩解綜采生產(chǎn)與管理質(zhì)量間的不協(xié)調(diào)問(wèn)題。因此，需根據(jù)綜采工作面自動(dòng)化要求優(yōu)化設(shè)備型號(hào)，協(xié)調(diào)硬件與軟件，提高綜采效率。

1 綜采工作面自動(dòng)化設(shè)備選型

根據(jù)綜采工作面自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)及開(kāi)采規(guī)劃展開(kāi)自動(dòng)化設(shè)備選型，需按綜采工作面的產(chǎn)量至少1.1 Mt/a展開(kāi)設(shè)計(jì)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際工作面標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)及地質(zhì)條件進(jìn)行選擇，使自動(dòng)化設(shè)備型號(hào)與工作面生產(chǎn)情況相匹配。在實(shí)際選擇過(guò)程中，應(yīng)選擇先進(jìn)可靠且技術(shù)成熟的設(shè)備，以提高開(kāi)機(jī)率，實(shí)現(xiàn)安全高效生產(chǎn)。

采煤機(jī)可選用7LS6C-LWS638型號(hào)，生產(chǎn)能力可達(dá)4000 t/h，截割深度為865 mm，最大牽引速度為21 m/min，滾筒直徑為2200 mm；轉(zhuǎn)載機(jī)選用PF4/1332型號(hào)，運(yùn)輸能力3000 t/h，鏈速為1.32 m/s；刮板輸送機(jī)選用PF4/1132型號(hào)，運(yùn)輸能力2500 t/h，鏈速為1.28 m/s；破碎機(jī)為SB0912U型號(hào)，破碎能力可達(dá)3000 t/h，液壓支架選擇ZY12000/20型號(hào)，初撐力可達(dá)25.2 MPa，可在2000～4000 mm支護(hù)高度范圍內(nèi)應(yīng)用；乳化液泵可選擇K35055M型號(hào)，額定壓力37.5 MPa，額定流量439 L/min；噴霧泵站可選用K160065M型號(hào)，額定壓力14.3 MPa，額定流量522 L/min。

除自動(dòng)化主要設(shè)備選型外，應(yīng)結(jié)合上述設(shè)備參數(shù)選擇聯(lián)動(dòng)控制器，實(shí)現(xiàn)高速率動(dòng)作指令發(fā)送，可選用S7-300系列聯(lián)動(dòng)控制器，共包括CPU317-2PN/DP型號(hào)CPU、模擬量輸入輸出模塊及24 V開(kāi)關(guān)電源，其中CPU運(yùn)算速度可達(dá)1μs，且具有DP接口，可與自動(dòng)化設(shè)備相連接完成系統(tǒng)通信。傳感器主要為完成信號(hào)采集及傳遞，采煤機(jī)傳感器可選用HEDS-5540型號(hào)，以滿足采煤機(jī)運(yùn)行需要；液壓支架傳感器選用SLM211型號(hào)；刮板輸送機(jī)選用GLD200電機(jī)電流傳感器，便于完成信號(hào)轉(zhuǎn)換，將綜采工作面自動(dòng)化設(shè)備連接，提高自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行效率。

2 綜采工作面自動(dòng)化管理軟件開(kāi)發(fā)

2.1 軟件組成

為提高綜采工作面管理質(zhì)量，緩解定員多等現(xiàn)存問(wèn)題，管理軟件的開(kāi)發(fā)可從資料管理、生產(chǎn)管理、檢修管理、成本管理、考核管理、檔案管理等方面構(gòu)建。

（1）資料管理。主要包括井下作業(yè)信息數(shù)據(jù)等，將設(shè)備說(shuō)明書(shū)等綜采工作面相關(guān)內(nèi)容集中至管理軟件內(nèi)，便于后續(xù)查閱與管理；生產(chǎn)管理主要表現(xiàn)為綜采工作面生產(chǎn)示意圖自動(dòng)化繪制及展現(xiàn)，可直觀地了解工作面產(chǎn)量情況，其主要內(nèi)容包括每班情況、班次人員、工作面設(shè)置、生產(chǎn)曲線、示意圖更新等，便于了解工作面真實(shí)情況，大幅提高管理效果。

（2）檢修管理。主要包括檢修作業(yè)設(shè)計(jì)、檢修反饋、設(shè)備更換、油脂管理等，當(dāng)自動(dòng)化設(shè)備內(nèi)缺乏油脂或存在運(yùn)行異常時(shí)，則自動(dòng)發(fā)出聲光預(yù)警，便于第一時(shí)間進(jìn)行處理，防止對(duì)綜采工作面作業(yè)造成影響。

（3）成本管理。主要包括物料名稱(chēng)、入井?dāng)?shù)量、消耗數(shù)量、規(guī)格型號(hào)、攜帶班組等，是井下作業(yè)生產(chǎn)資源集中整合，主要為自動(dòng)化繪制材料報(bào)表，了解井下作業(yè)異常消耗，經(jīng)分析處理后降低材料損耗，彌補(bǔ)井下生產(chǎn)缺陷。

（4）考核管理。主要為激發(fā)井下作業(yè)班組生產(chǎn)效率，從制度顯示、班組考核、個(gè)人工分方面展開(kāi)設(shè)計(jì)，主要為明確綜采工作面生產(chǎn)指標(biāo)，借助考核提升作業(yè)人員工作積極性，為薪酬、晉升提供依據(jù)。

（5）檔案管理。主要包括機(jī)電事故、工傷事故、人員調(diào)動(dòng)等內(nèi)容，將綜采工作面事故原因及處理方案整合，并詳細(xì)記錄班組人員調(diào)動(dòng)情況、做到有跡可查，提高綜采工作面管理的可追溯性。

2.2 總體結(jié)構(gòu)

綜采工作面自動(dòng)化設(shè)備包括刮板輸送機(jī)、采煤機(jī)、液壓支架等，現(xiàn)階段大部分煤礦作業(yè)均采用雙滾筒電牽引采煤機(jī)，采煤機(jī)固定于輸送機(jī)導(dǎo)軌，完成自動(dòng)化電機(jī)牽引，并借助雙滾筒完成煤層截割，而輸送機(jī)作為工作面落煤運(yùn)輸設(shè)備，可在電機(jī)牽引下將煤炭運(yùn)輸并卸載至指定位置。在煤炭運(yùn)輸過(guò)程中，頂板支護(hù)由液壓支架負(fù)責(zé)，可在一定程度上規(guī)避矸石墜落問(wèn)題，且可使采煤機(jī)、輸送機(jī)保持同步運(yùn)行狀態(tài)[1]。

綜采工作面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制時(shí)，可包括巷道監(jiān)控、遠(yuǎn)程監(jiān)控、設(shè)備控制等，在以太網(wǎng)通信下完成井下信號(hào)調(diào)度與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將井下作業(yè)情況存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)終端，便于后續(xù)數(shù)據(jù)資源整合。巷道監(jiān)控主要負(fù)責(zé)井下煤炭運(yùn)輸調(diào)度，在視頻監(jiān)控下完成參數(shù)控制，向液壓支架、輸送機(jī)等設(shè)備傳遞控制指令，并在隔爆電源應(yīng)用下穩(wěn)定電壓源。設(shè)備控制主要為協(xié)調(diào)各自動(dòng)化設(shè)備，對(duì)設(shè)備進(jìn)行綜合控制。自動(dòng)化系統(tǒng)可通過(guò)控制器、傳感器解決設(shè)備間的協(xié)調(diào)問(wèn)題，可根據(jù)實(shí)際綜采需求進(jìn)行設(shè)備啟閉，在反饋信號(hào)顯示下展開(kāi)自動(dòng)進(jìn)行工作面作業(yè)[2]。

2.3 關(guān)鍵設(shè)備開(kāi)發(fā)

（1）液壓支架。作為綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分，液壓支架在電液控制基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。液壓支架均由特定控制器展開(kāi)運(yùn)行控制，對(duì)液壓支架運(yùn)行過(guò)程展開(kāi)監(jiān)控，且自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)各液壓支架設(shè)備以控制器為中樞實(shí)現(xiàn)相互通信，繼而構(gòu)成液壓支架組網(wǎng)，而各液壓支架相應(yīng)的控制器則由干線電纜連接，形成控制器網(wǎng)絡(luò)。此外，各液壓支架控制器可在機(jī)載傳感器應(yīng)用下展開(kāi)參數(shù)監(jiān)測(cè)，并借助電液閥控制液壓支架，傳感器由紅外線接收器、行程傳感器、壓力傳感器構(gòu)成。其中，紅外線接收器主要為監(jiān)測(cè)采煤機(jī)運(yùn)行方向及具體位置，行程傳感器用以監(jiān)測(cè)千斤頂情況，壓力傳感器則用以監(jiān)測(cè)下腔液壓力，以此構(gòu)成液壓支架的自動(dòng)化體系，與其他自動(dòng)化設(shè)備在干線電纜連接下構(gòu)成組網(wǎng)系統(tǒng)[3]。

（2）采煤機(jī)。電控箱為采煤機(jī)自動(dòng)化的核心，電控箱在綜采工作面自動(dòng)化體系內(nèi)可監(jiān)測(cè)采煤機(jī)各部件電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并第一時(shí)間將采煤機(jī)運(yùn)行情況傳輸至中控中心，便于自動(dòng)化系統(tǒng)管理人員根據(jù)井下作業(yè)情況調(diào)整任務(wù)計(jì)劃，以此完成綜采工作面采煤機(jī)液壓系統(tǒng)與電機(jī)的精準(zhǔn)化控制。采煤機(jī)運(yùn)行情況的監(jiān)測(cè)同樣需在傳感器支持下展開(kāi)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與信號(hào)采集，從采煤機(jī)傾角、搖臂、變頻器溫度、電機(jī)溫度、油箱油溫等方面了解采煤機(jī)性能，并使采煤機(jī)維持割煤記憶狀態(tài)，在最小人為干預(yù)下完成煤層截割。為進(jìn)一步保障采煤機(jī)自動(dòng)化水平，應(yīng)在采煤機(jī)設(shè)備上設(shè)定角度傳感器與齒輪傳感器，數(shù)量分別為4個(gè)、2個(gè)，其中角度傳感器主要為監(jiān)測(cè)采煤機(jī)搖臂升降角度、機(jī)身橫向角度、機(jī)身縱向角度，而齒輪傳感器則為監(jiān)測(cè)牽引齒輪轉(zhuǎn)速情況，將手動(dòng)截割狀態(tài)下的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集與存儲(chǔ)，輸入自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)，將其作為自動(dòng)截割狀態(tài)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，以此保障綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效果。

（3）泵站。泵站系統(tǒng)在綜采工作面內(nèi)主要包括噴霧泵站系統(tǒng)與乳化液泵站系統(tǒng)，為噴霧降塵系統(tǒng)、采煤機(jī)搖臂升降、液壓支架升降提供乳化液或動(dòng)力，為保障泵站自動(dòng)化運(yùn)行效果，需由增壓泵、電機(jī)、乳化液泵、蓄能器共同作用下構(gòu)成泵站系統(tǒng)。乳化液泵站主要以BARTEC電控系統(tǒng)為核心展開(kāi)自動(dòng)化控制，在BARTEC電控系統(tǒng)應(yīng)用下可對(duì)泵站及電機(jī)的油溫、壓力、管路壓力、油位進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，以此為依據(jù)啟閉泵站；而噴霧泵站系統(tǒng)以柱塞泵為核心，主要為提高綜采工作面生產(chǎn)安全性，由電機(jī)控制柱塞泵，噴霧泵站系統(tǒng)配備蓄能器、增壓泵、水箱，該泵站系統(tǒng)同樣以BARTEC電控系統(tǒng)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。由此可見(jiàn)，綜采工作面自動(dòng)化泵站系統(tǒng)均在BARTEC電控系統(tǒng)輔助下實(shí)現(xiàn)，可對(duì)井下作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)泵站展開(kāi)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，了解其工作狀態(tài)與運(yùn)行數(shù)據(jù)，若存在泵站異常情況，可自動(dòng)發(fā)出泵站異常預(yù)警，全面保障綜采工作面管理質(zhì)量。

3 綜采工作面自動(dòng)化實(shí)踐效果分析

將自動(dòng)化管理軟件應(yīng)用到綜采工作面實(shí)踐后，井下作業(yè)班組管理效率極大提高，進(jìn)一步推動(dòng)了現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守發(fā)展進(jìn)程，定員多等不良問(wèn)題有所緩解，縮短了設(shè)備排查時(shí)間，并對(duì)傷害事故起到一定抑制作用，推動(dòng)了綜采管理的信息化發(fā)展進(jìn)程。

從自動(dòng)化系統(tǒng)角度來(lái)看，液壓支架自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)實(shí)際管理需要選擇自動(dòng)控制或手動(dòng)控制模式，以此完成液壓支架降柱、移架、升柱調(diào)控，同時(shí)可通過(guò)中控中心了解采煤機(jī)推進(jìn)速度，以采煤機(jī)運(yùn)行情況為依據(jù)展開(kāi)液壓支架移架、推溜操作。除此之外，電液自動(dòng)控制可對(duì)已卸載液壓支架進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)壓。采煤機(jī)在電控箱記憶截割功能應(yīng)用下可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化煤層截割，且可在此過(guò)程中根據(jù)受力情況調(diào)節(jié)截割深度與高度，自動(dòng)化效果較好，無(wú)需過(guò)多人力即可完成自動(dòng)化采煤機(jī)運(yùn)行。以BARTEC電控系統(tǒng)為核心的自動(dòng)化泵站系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了泵站集中監(jiān)測(cè)與調(diào)控，可根據(jù)綜采工作面運(yùn)行情況啟閉泵站，并將泵站運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸至主控臺(tái)，自動(dòng)化系統(tǒng)管理人員可根據(jù)LCD顯示屏顯示內(nèi)容管理泵站，極大提高綜采工作面管理效率與質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜采工作面自動(dòng)化設(shè)備選型應(yīng)秉承先進(jìn)可靠的原則，對(duì)現(xiàn)有性能不佳設(shè)備進(jìn)行更換，為緩解管理質(zhì)量問(wèn)題，應(yīng)從軟件組成、總體結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵設(shè)備角度展開(kāi)自動(dòng)化管理軟件開(kāi)發(fā)，加強(qiáng)液壓支架、采煤機(jī)、泵站三個(gè)關(guān)鍵設(shè)備的自動(dòng)化水平，將自動(dòng)化設(shè)備與管理軟件應(yīng)用到實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，效果顯著，不僅促進(jìn)了綜采工作面自動(dòng)化水平，更提高了管理質(zhì)量與自動(dòng)化水平。