煤矿充填工作面运输集中控制系统研究与应用

韩国庆

(开滦唐山矿业公司，河北唐山 063000)

引言

开滦唐山矿业公司始建于1878年，已有133年的开采历史，现在年产410万t。随着开采时间的延长且矿区位于河北省唐山市区，开采区域越来越小。井下矸石充填开采技术的应用成为该矿延续矿井寿命的主要开采方式之一。充填开采技术就是对采空区域进行充填，边采煤边充填矸石的开采工艺，可以大幅延长提高矿井的寿命，节约老矿井濒临枯竭的煤炭资源，有较高的经济效益与社会效益。

1.现场条件简介

开滦唐山矿业公司矸石充填工作面位于矿井北翼的T3281N工作面，面长120m，走向350m，采高3.8m，可采储量17.1万t，属于固体充填技术。充填矸石来自三个投料点即:井上投料系统、井下洗选系统、井下翻车机系统，由三个投料点，通过皮带机、刮板运输机运至工作面。三个投料系统及工作面出煤、充矸系统包括:皮带15套、喂煤机5套、翻车机1套、滚排筛2套、刮板运输机6台、破碎机3台及一套洗选系统、一台采煤机共计34台(套)设备。

为充分发挥矿井机械化装备的功效，达到用少人、降成本、高效率的目标，系统采用信息化与自动化技术，建立矿井矸石充填运输远程监测、控制、管理一体化和人工巡检的新的运行模式，以取代传统的每套设备专人值守的方式，通过各环节的过程控制自动化、实现集控，通过井下环网，对设备运转状况实行远程监控，对整个系统安全情况和生产过程进行实时监测监控和调度管理。

2.工作面控制要求

按照开滦唐山矿业公司矸石充填集中控制总体要求，要求控制范围涵盖整个原矸初选、洗选、三个投料运输及原煤生产运输系统。充填集控系统承载控制、音频、视频信息，利用已有的主干千兆工业以太环网，实现地面集中控制、分站控制、机旁控制等三级控制方式。完善各个设备保护装置，实现高效的控制、巡检、报警及检修功能;在喂煤机、胶带机、转载机、破碎机、洗选设备的关键点位安装监视摄像头;同时建设与井下胶带配套的扩音电话系统，在运输系统启动、停止、急停、故障等状态进行广播或报警;地面集中控制室设置大屏幕系统，使井下集控系统和设备关键点位的运行状态实现实时动态监控。

建成的集控系统可以形成各类趋势图、设备运转各种报表实现生产辅助管控，形成在矿调度室管理下的远程集中监控和综合管理的可视化平台。控制系统最终要求达到各台设备可以实现由地面集控室控制下的地面集中控制，也可以实现由分站控制本站范围内设备，单台设备可以选择就地、实现集控及就地检修控制设备安全运转，达到无人值守减少现场看守人员之目的。

3.控制功能的实现

3.1 工艺描述

开滦唐山矿业公司充填工作面运输系统主要有充填系统及出煤系统组成，其中矸石充填系统是将矸石运输至采面，矸石供给点由三处分别为:矸石投料井、翻车机、原煤矸石初选，分为三条线运输至主运矸皮带汇合统一至采空区。

矸石充填系统线路1:投料井→1#喂煤机→264运矸皮带机→2#给煤机

矸石充填系统线路2:7010运矸皮带机、5020运矸皮带机→煤矸洗选系统→洗选运矸皮带机→5#喂煤机→1#皮带机→2#皮带机→264运矸皮带机→2#给煤机

矸石充填系统线路3:翻车机→1#刮板机→1#破碎机→5#喂煤机→1#皮带机→2#皮带机→264运矸皮带机→2#给煤机

三条矸石总汇合至边眼运矸2#给煤机→1#皮带→边眼运矸2#皮带→风道运矸皮带→抛矸皮带→工作面后部刮板运输机(充填刮板机)

出煤系统是从采面到5020仓，中间经由设备1#转载机→2#胶带机(运煤)→3#胶带机→4#胶带机→5#胶带机→6#胶带机→7#刮板运输机→5020仓。现场布置如图1所示。

图1 充填运输系统示意图

3.2 控制系统功能的实现

(1)针对目前设备布置状况将整个系统分为6个采集站，井下设三处井下控制分站可分段控制所属设备，地面投料井上口集中控制室集中控制全部设备。各分站控制范围、布置地点见附表1。

(2)控制分站通过DP采集各个分站的信息，统一汇总到井下控制分站由分站通过千兆以太环网上传数据到地面kingSCADA数据控制站。井下分站对各个分站为星型拓扑结构。

(3)运输设备各种保护信号上传至分站、采用IP寻址方式判断保护信号位置内容，保护信号动作时能够及时找到故障地点及性质。

表1 设备集中控制范围一览表

3.3 视频系统功能的实现

视频监控系统对胶带机的机头、喂煤机和必要位置安装45台井下摄像机，配置D1数字视频服务器。视频分布情况:井下胶带监控按照每条胶带机机头、给煤机、投料井上下口等必要位置配备防爆摄像机，利用每台设备机头的传输设备将视频信号送到主控制站，控制分站处设置D1格式硬盘录像机将数据转为以太网后通过千兆交换机上传到地面集控室。通过解码器还原成AV信号进入视频矩阵，上电视墙显示。

3.4 通讯系统功能的实现

采用唐山开诚集团IP扩音电话系统，每条皮带机头及其他设备处放置一台可于地面及其他IP电话通话，用于伴随胶带集控系统的启动、停止、紧急停车和事故广播。当集控系统启、停、急停等指令发出，同步预警、广播。

4.实现功能与效果

根据自动化接入子系统及井下巷道布置情况，井下监控网络采用3台KJJ125井下交换机，地面新上1台赫斯曼MAR1040核心千兆环网交换机。以调度中心核心交换机为起点，经由1#、3#、2#控制分站形成环网。环节点附近的各子系统监测、监控、监视就近接入到井下环网交换机。矸石充填各台套设备由西门子S7－300 PLC控制，实现调度室远程控制和本地单独控制的分级控制，配备多种检测、保护对胶带运行进行保护，确保各种工况和意外情况下的运输系统安全运行。

根据矿井特点井下组成环网，接到调度中心核心交换机，在交换机将集控信号、视频信号、音频对讲分别划分在不同的VLAN，保证远程集中控制的最高优先级，防止音视频数据干扰设备运行数据和指令。监测监控系统对生产全过程实时集中监控，实时采集数据和图像，及时发现生产过程、设备运行过程中存在的问题，将生产安全隐患及时报警及处理，避免设备事故发生。

5.结束语

矸石充填运输集中监控系统工程按照矿井综合自动化系统结构进行设计，通过综合控制平台和大屏幕操作环境，集成各个设备运转信息，实现运输设备安全预警，进一步提高生产调度指挥水平，每天可节省设备操作员工50余人，严格了各环节的管理，提高企业自动化水平。为公司实现信息化、自动化融合奠定了基础。

［1］ 王钰皓.带式运输机群监控系统的实现「J」.煤矿机械，2010.

［2］ 许中.一种煤矿带式运输机集中控制系统的实现「J」.煤矿机电，2009.

［3］ 郑晓亮，祝龙记.煤矿带式输送机智能控制保护系统「J」.煤矿机械，2008.