煤礦綜采工作面自動化技術的發(fā)展趨勢

王宇鵬

[摘? ? 要]自從上世紀以來，我煤炭行業(yè)逐漸實現(xiàn)自動化生產，煤炭生產過程也實現(xiàn)了機電一體化生產，能夠自動化管控所有環(huán)節(jié)。而隨著自動化技術的應用，可以實時監(jiān)測管理油井，利用互聯(lián)網(wǎng)和計算機對煤炭開發(fā)進行規(guī)劃，推動了煤炭行業(yè)的發(fā)展。因此，就煤礦綜采供應鏈策劃技術展開研究，首先闡述了自動化系統(tǒng)構成，其次對再結合具體的要點分析，最后探究了技術發(fā)展趨勢，希望能夠通過研究為煤礦企業(yè)持續(xù)發(fā)展提供參考。

[關鍵詞]煤礦綜采工作面;自動化技術;發(fā)展趨勢

[中圖分類號]TD823.97 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）01–0–02

Development trend of Automation Technology in Fully Mechanized Coal Mining Face

Wang Yu-peng

[Abstract]Since the last century， our coal industry has gradually realized automated production， and the coal production process has also realized electromechanical integrated production， which can automatically control all links. With the application of automation technology， oil wells can be monitored and managed in real time， and the Internet and computers can also be used to plan coal development， which has promoted the development of the coal industry. Therefore， the research on the planning technology of the coal mine's comprehensive mining supply chain is carried out. First， the composition of the automation system is explained， and then the specific key points are analyzed. Finally， the technology development trend is explored， hoping to provide a reference for the sustainable development of coal enterprises through this research.

[Keywords]fully mechanized coal mining face; automation technology; development trend

煤炭開采時生產工作面作為煤礦安全生產重要環(huán)節(jié)，其在整個采煤系統(tǒng)中占據(jù)重要地位。為了使開采質量得到提高，并縮短開采周期，有些礦井利用先進的自動化技術控制綜采工作面生產，可以降低人力物力和財力的投入。而在自動化和數(shù)字化技術的基礎上，提前設定記憶程序可以利用遠程監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)自動割煤、推溜、運輸?shù)裙ぷ?，實現(xiàn)智能化管理。自動化技術通過輔助人員遠程控制三機設備和工況，實時匹配三機運行參數(shù)，聯(lián)動反應三機故障保護裝置，確保高效安全生產。

1 煤礦綜采工作面自動化系統(tǒng)構成

自動化機電設備中包括主采機組、轉載運輸系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、綜合控制系統(tǒng)以及通信調度系統(tǒng)。其中，主采機組支撐系統(tǒng)運行程序結構，可以發(fā)布設備運行指令，完成采煤。轉載運輸系統(tǒng)能夠接收控制中心指令。視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠有效監(jiān)控整個開采過程，若是設備運行異?；蚴谴嬖谌藶槭鹿?，終端人員能夠及時作出響應。通訊調度系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡信號釋放可以讓井下作業(yè)人員和地面管理人員之間順暢溝通，可以及時解決井下作業(yè)突發(fā)事故。綜合控制系統(tǒng)可以實時監(jiān)測整個機電設備運行情況，并與調度中心保持聯(lián)系，為井下作業(yè)奠定基礎。如圖1所示。

2 煤礦綜采工作面自動化技術具體應用

2.1 移動變電站

移動變電站作為煤礦綜采工作面重要的電力能源供應設備，其能夠將6 kV或10 kV三相高壓電轉化成符合綜采面生產作業(yè)的1.2 kV或3.3 kV所需電壓，為自動化機電設備運行提供動力。綜采工作面不同的機電設備在電壓等級上的要求也不同，這就需要移動變電站具有較大容量。移動電站中，主電路斷路器通常為真空斷路器或是六氟化硫斷路器，內部控制系統(tǒng)由保護器、PLC、微型計算機和單片機等部分構成;控制方式分為就地、遠程、程序終端遙控這幾種。保護系統(tǒng)可以保護短路問題，過載問題，低電壓問題，超壓問題，漏電問題，使變電站運行安全性提高。

2.2 電磁啟動器

隔爆真空自動化電磁啟動設備中，單片機具有操控保護作用。系統(tǒng)終端配置了液晶顯示器，利用液晶顯示器可以查詢故障信息，為程序設定參數(shù)以及模擬實驗提供便利。電磁啟動器配置了瓦斯監(jiān)測接口，若是外接則能夠對井下瓦斯含量進行檢測，也能夠隨時將低壓電源切斷。例如常見的軟啟動電磁器智能監(jiān)測系統(tǒng)，對三組反并聯(lián)單向晶閘管導通角進行控制，進而使電動機實現(xiàn)軟啟動。

2.3 電牽引采煤機

電牽引采煤機系統(tǒng)包括了單片機、微型計算機和PLC等結構，其中，通過PLC技術可以實時監(jiān)測采煤機運行時的溫度、進度、電流電壓、負載量等，若是進行參數(shù)大于標準參數(shù)，預警系統(tǒng)會及時發(fā)出警報，終端人員可以重新設定錯誤參數(shù)。電牽引采煤機通過變頻調速技術可以實現(xiàn)高速運行，能夠實現(xiàn)恒功率、軟啟動、恒牽引力運行。若是出現(xiàn)緊急事故，系統(tǒng)可以及時制動，防止出現(xiàn)安全事故。

2.4 安全監(jiān)控系統(tǒng)

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)包括了計算機、單片機、傳感器、傳輸接口等部分，能夠對井下瓦斯?jié)舛?、溫濕度、風速、頂板壓力等進行實時檢測。若是某環(huán)境參數(shù)超過標準，系統(tǒng)執(zhí)行器就會發(fā)出預警，若是這些因素對正常生產產生影響，監(jiān)控系統(tǒng)也會自動斷電，保障作業(yè)人員安全。

2.5 支架控制器

支架控制器功率不同，6個控制器由1個控制組和不同直流電源控制。隔離耦合器能夠將阻斷電氣連接，利用光電耦合通信可以確保安全。另外。隔離耦合器能夠為電壓提供通道，利用電纜將支撐控制器連接構成網(wǎng)絡。從端架控制器到支架控制器，各支架控制器都是按順序排列。

支架電液控制系統(tǒng)能夠手動控制單支架以及單動作，控制升降柱以及移動架、多支持組。在采煤機基礎上自動控制所有支架，并在立柱下卸載狀態(tài)中控制自動壓力，能夠實現(xiàn)鎖定以及緊急停止。

在采煤機邊緣液壓支架接收機可以接受信號，同時輸出紅外信號，進而明確采煤機具體位置。液壓制動控制計算相關運動，通過信號對氣體杠桿位置進行確定。進行加精加工時，氣缸移動傳感器能夠將氣缸形成傳輸至支架控制，使控制與工作條件相符。液壓支架壓力傳感器能夠將液壓壓力信號收集起來，使初撐力與要求相符。各信號為液壓支架自動化奠定了基礎。

3 煤礦綜采工作面自動化技術發(fā)展趨勢

3.1 無人自動化方向

煤礦綜采工作面自動化技術逐漸朝向無人自化方向發(fā)展，同時涉及領域也逐漸增多，這就表示自動化技術不斷實現(xiàn)綜合性。自動化綜采工作面的技術含量較高，在龐大復雜工程體系中，應用先進遙感技術、互聯(lián)網(wǎng)技術能夠使綜采工作面系統(tǒng)功能更完善。例如，采煤工作面具備了多個分系統(tǒng)，不同數(shù)據(jù)留下分析的功能劃分也比較明確，如自動化控制系統(tǒng)、地質災害預報系統(tǒng)等。一般三機系統(tǒng)涉及了液壓支架，刮板輸送機以及采煤機。其中液壓支架和采煤機都是利用紅外線傳輸?shù)?，采煤機本身安裝紅外線發(fā)射器，液壓支架也安裝紅外線接收器，在確定了跟機移架架數(shù)之后，進行上行割煤時，采煤機的下滾筒在跟機架數(shù)割過循環(huán)后，液壓支架能夠自動進行移架以及推溜，進而實現(xiàn)整刀煤作業(yè)。高度集成下，傳感器能夠及時收集存儲信息，同時將其傳輸至控制平臺，與控制平臺連接的就是物聯(lián)網(wǎng)，其在綜采工作面中的應用就是利用礦井工業(yè)管網(wǎng)以及無線網(wǎng)絡實現(xiàn)的設備間終端連接，進而實現(xiàn)設備間信息交流和實時通信。以便于人員能夠在網(wǎng)絡中識別、跟蹤溝通，明確現(xiàn)場情況。因此，在采煤工作面中利用自動化技術，操作人員無需操作具體設備就能夠控制整個系統(tǒng)。隨著煤礦綜采工作面自動化技術的發(fā)展，大型機械技術集多個功能為一體，能夠實現(xiàn)無人操作和自動化操作。

3.2 三機自動控制系統(tǒng)

三機系統(tǒng)中，采煤機具備了多個自動化功能。采煤機可以確保自主定位，導航實現(xiàn)個性化服務。通過液壓支架電液控制能夠有效控制支架設備和工作面，也能夠實現(xiàn)實時全面和自動控制。由于綜采工作面工況比較復雜，需要加大力度監(jiān)測，并實現(xiàn)實時監(jiān)測，進而及時發(fā)現(xiàn)問題。因此，需要通過三機故障診斷系統(tǒng)實現(xiàn)實時檢測。

對于心型電牽引采煤機而言，其不僅具有自動控制作用，還具有智能邏輯控制思維，是基于微處理技術開發(fā)的智能設備。同時，該設備在交互和遠程操作上也有新突破，能夠有效存儲數(shù)據(jù)。另外，井下作業(yè)安全和可靠需要由專業(yè)檢測技術作為保證，并在智能監(jiān)測技術以及故障保護聯(lián)動技術共同作用下確保井下作業(yè)能夠正常進行，災害預測預報系統(tǒng)通過傳感技術及時監(jiān)測、監(jiān)督井下，若是出現(xiàn)異常情況可以及時發(fā)出預警，迅速將問題傳輸?shù)娇刂浦行?，控制中心在接收完?shù)據(jù)信息后會迅速作出反饋，進行相應處理。

3.3 智能控制采煤機

按照不同地質條件所采取的處理措施與不同，根據(jù)實際情況采取措施可以使采煤機動態(tài)控制以及故障處理能力提升，也能夠提高其工作效率。在未來才沒機會實現(xiàn)無人工作面作業(yè)，利用礦井無人工作面仿真系統(tǒng)進行作業(yè)該系統(tǒng)是通過實際技術在虛擬環(huán)境中構件運行結構操作人員通過系統(tǒng)實現(xiàn)人機交互該系統(tǒng)，能夠對物體識別，也能夠對物體運動情況進行有效控制，利用不同模型與參數(shù)之間的動態(tài)信息交互仿真，實現(xiàn)優(yōu)化生產。

3.4 自動識別技術

采煤機滾筒調高自動化是煤礦綜采工作面自動化技術發(fā)展方向之一，其重點在于煤巖界面自動識別，利用該技術可以使采煤機運行時根據(jù)煤層彎曲度自動調整滾筒高度，防止出現(xiàn)滾筒割到頂板或是巖石，可以提高割煤率。煤巖界面自動識別技術是基于自動化無人開采開發(fā)的，其是煤礦綜采工作面自動化開采實現(xiàn)的重點。截止到目前為止，我國進行了一些相關研究和實驗，例如振動頻譜傳感系統(tǒng)、紅外線雷達探測等研究實驗，但是當前沒有實際應用在我國煤礦綜采工作面上。

3.5 三維定位和自動找真技術

這2種技術屬于綜采工作面自動化開采重要技術，通過該技術能夠不斷推進綜采工作面，保證傾斜方向是直線狀態(tài)，進而使支架、輸送機能夠保持整齊，防止出現(xiàn)大范圍彎曲，導致設備被損壞。當前我國對這方面研究比較多。

4 結束語

綜上所述，盡管我國煤礦綜采工作面自動化技術發(fā)展正處于初級階段，實際應用中也存在一些技術問題。但是科研人員仍然保持技術創(chuàng)新研究，并加大力度研究綜采工作面自動化技術，建立了高效實用的應用體系，不僅能夠為綜采工作面的自動化發(fā)展提供方向，同時也能夠提高煤礦生產效率，保證煤礦生產安全，為我國煤礦開采行業(yè)發(fā)展和能源利用率提高發(fā)揮了重要作用，

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