車寨礦1506 采煤工作面智能化控制系統(tǒng)研究

呂占軍

（山西鋪龍灣煤業(yè)有限公司，山西 大同037100）

近些年來，我國煤炭行業(yè)綜合機(jī)械化、自動(dòng)化開采技術(shù)突飛猛進(jìn)，煤炭生產(chǎn)能力以及安全保證能力均顯著提升。綜采設(shè)備作為煤炭開采的核心，是現(xiàn)代化礦井建設(shè)的關(guān)鍵。車寨礦為了提高煤炭綜合生產(chǎn)能力以及現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)代化水平，通過引進(jìn)先進(jìn)的開采技術(shù)工藝，切實(shí)提高了煤炭開采競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)了煤炭高效回采，實(shí)現(xiàn)了減人增效目標(biāo)。文中就對(duì)礦井智能化工作面建設(shè)展開分析，以期為礦井其他工作面及其他礦井智慧工作面建設(shè)提供一些經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 采面概況

車寨礦1506 工作面設(shè)計(jì)推進(jìn)長度560m、斜長275m，開采5#煤層、厚度平均5.0m、傾角4°。受附近DF8 斷層影響，局部煤層傾角近10°。5#煤原始瓦斯含量7.52m3/t，預(yù)抽后瓦斯含量降低至5.02m3/t，采面設(shè)計(jì)供風(fēng)量為3 158m3/min。采面采用綜放開采工藝，采 3m 放 2m，主要設(shè)備型號(hào)為：采煤機(jī)MG300/700-WD、液壓支架ZF8000/18/35D、刮板輸送機(jī)SGZ-830/800、帶式輸送機(jī)DSJ1200/150/2×250。

2 采面智能化控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

根據(jù)1506 采面地質(zhì)賦情況，提出一套滿足采面生產(chǎn)的綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)以工作面內(nèi)各智能化設(shè)備為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，具體涉及到的智能化設(shè)備包括有：采煤機(jī)控制系統(tǒng)、支架電液系統(tǒng)、運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)等。在采面構(gòu)建智慧化綜合控制系統(tǒng)時(shí)首先需搭建自動(dòng)化平臺(tái)，具體有可視化平臺(tái)、高速通信平臺(tái)、開采設(shè)備遠(yuǎn)程控制平臺(tái)；具體可實(shí)現(xiàn)的功能有：采面自動(dòng)化生產(chǎn)、采煤機(jī)記憶截割、三機(jī)協(xié)調(diào)控制、刮板輸送機(jī)運(yùn)輸煤量自動(dòng)監(jiān)測(cè)等。具體構(gòu)建的智能化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 能化控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

3 智慧化工作面關(guān)鍵分系統(tǒng)

3.1 采煤機(jī)控制系統(tǒng)

為了適應(yīng)智慧工作面面建設(shè)需要，在滿足采煤機(jī)智能化控制功能基礎(chǔ)上，確定了采煤機(jī)控制系統(tǒng)框架，具體見圖2。

圖2 采煤機(jī)控制系統(tǒng)框架

控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括有采煤機(jī)、工控機(jī)、PLC控制器、監(jiān)視器、各類安全傳感器、監(jiān)視器等，在PLC 控制器內(nèi)嵌入有采煤記憶截割程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)采煤工作面無人記憶截割，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需要對(duì)采煤機(jī)生產(chǎn)情況進(jìn)行調(diào)整。在控制系統(tǒng)采煤機(jī)上布置的高度傳感器、傾角傳感器可實(shí)時(shí)感知采煤機(jī)搖臂位置、采面傾角變化情況。傳感器監(jiān)測(cè)結(jié)果傳輸給采高自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)，并動(dòng)態(tài)調(diào)整采煤機(jī)運(yùn)行。

采用數(shù)學(xué)模型精準(zhǔn)計(jì)算得到搖臂采高，從而定位采煤機(jī)采高。同時(shí)控制系統(tǒng)還采用LASC 系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采煤機(jī)割煤姿態(tài)、三維姿態(tài)角度等信息，構(gòu)建三維模型并在顯示器上直觀顯示。

3.2 刮板輸送機(jī)智能控制

刮板輸送機(jī)智能控制組合方式采用移動(dòng)電源調(diào)速控制器+變頻器方式供電，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)采用電動(dòng)機(jī)+聯(lián)軸器+ 減速器組合方式實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，達(dá)到降低刮板輸送機(jī)磨耗監(jiān)、提升設(shè)備使用壽命等目的。

刮板輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)是智慧工作面的重要組成單元，結(jié)構(gòu)組成包括有煤量智能掃描裝置、智能控制箱以及智能調(diào)速控制軟件。通過煤量掃描裝置實(shí)現(xiàn)不接觸實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)刮板輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)拿毫?；通過智能調(diào)速軟件以及智能控制箱依據(jù)煤量掃描結(jié)果對(duì)刮板輸送機(jī)運(yùn)輸速度進(jìn)行調(diào)整，具體智能調(diào)速模型見圖3。

圖3 刮板輸送機(jī)智能調(diào)速模型

3.3 順槽遠(yuǎn)程控制平臺(tái)

采面回采順槽內(nèi)布置的遠(yuǎn)程控制平臺(tái)結(jié)構(gòu)主要由電源箱、防爆主機(jī)、信號(hào)轉(zhuǎn)換器以及交換箱等構(gòu)成，具體結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 順槽遠(yuǎn)程控制平臺(tái)

通過防爆主機(jī)內(nèi)嵌有電液控制主機(jī)、視頻主機(jī)、以及操作臺(tái)。其中電液控制主機(jī)用以監(jiān)測(cè)采面內(nèi)液壓支架立柱壓力、視頻主機(jī)監(jiān)控液壓支架姿態(tài)信息、操作臺(tái)對(duì)采面液壓支架工作姿態(tài)進(jìn)行干預(yù)。操作臺(tái)采用CAN 通信方式將控制指令發(fā)送至液壓支架機(jī)載控制器上，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架動(dòng)作干預(yù)。采煤機(jī)、泵站以及三機(jī)運(yùn)行控制由操作臺(tái)先將指令發(fā)送至防爆主機(jī)，防爆主機(jī)再向各設(shè)備發(fā)出控制指令。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況及采面減人情況分析

4.1 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

上文對(duì)采面智能控制系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行闡述，在1506 采面構(gòu)建完成智能化控制系統(tǒng)后，為了掌握采面各設(shè)備運(yùn)行情況，對(duì)智能化控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況進(jìn)行分析。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，采面智能化控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)運(yùn)行姿態(tài)監(jiān)控、記憶截割，自動(dòng)移架、推溜，皮帶輸送機(jī)伸縮機(jī)尾以及轉(zhuǎn)載機(jī)等均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的移動(dòng)。

在滿足煤流運(yùn)輸?shù)那疤嵯鹿伟遢斔蜋C(jī)通過智能調(diào)節(jié)程序及裝載，可智能調(diào)節(jié)刮板輸送機(jī)運(yùn)行速度，預(yù)計(jì)年可增加經(jīng)濟(jì)效益約380 萬元。帶式輸送機(jī)采用智能控制系統(tǒng)同樣可起到節(jié)能降耗作用，預(yù)計(jì)年可提升經(jīng)濟(jì)效益約173 萬元。

4.2 采面減人情況

對(duì)完成智能化控制的1506 采面現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，工作面實(shí)現(xiàn)智能化控制后采面作業(yè)人員數(shù)量由26 人降低至16 人，從而大幅降低礦井人力資源投入，取得顯著經(jīng)濟(jì)效益具體智能化控制系統(tǒng)面應(yīng)用前后采面工作面配備情況見表1。

表1 智能化控制系統(tǒng)面應(yīng)用前后采面工作面配備情況

5 結(jié)束語

智能化礦井時(shí)煤炭建設(shè)重點(diǎn)發(fā)展方向，將先進(jìn)的控制技術(shù)、機(jī)械化設(shè)備應(yīng)用到采面工作面可顯著提高礦井綜合競(jìng)爭(zhēng)力并降低生產(chǎn)投入。為此，文中結(jié)合1506 采面情況，對(duì)工作面智能化控制系統(tǒng)以及液壓支架、刮板輸送機(jī)等關(guān)鍵控制子系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況進(jìn)行分析。

結(jié)果表明，在1506 采面采用智能化控制系統(tǒng)后，采面綜合生產(chǎn)效率以及運(yùn)行安全保障能力均得以明顯提升，不僅帶來了顯著經(jīng)濟(jì)效益而且采面工作面人員數(shù)量由26 人縮減至16 人，取得顯著的降人增效作用。