神宁集团梅花井煤矿1102206综采自动化工作面开采技术应用

翟文

(神华宁夏煤业集团 梅花井煤矿,宁夏灵武 751400)

神宁集团梅花井煤矿1102206综采自动化工作面开采技术应用

翟文

(神华宁夏煤业集团 梅花井煤矿,宁夏灵武 751400)

介绍了梅花井煤矿1102206综采自动化工作面总体设计方案,对其各子系统进行了阐述。分析自动化工作面的采煤工艺,重点介绍了综采自动化工作面自动控制系统的总体设计,分析了自动控制系统的控制原理。建立了地面监控系统,实现对整个综采工作面集中监控。

综采自动化控制系统采煤工艺地面监控系统

综采工作面是矿井生产的核心，对综采工作面进行自动化控制是现代化矿井实现生产管理现代化的关键，神宁集团梅花井煤矿1102206综采自动化工作面的顺利实施，探索出了工作面少人化、无人化的技术路线。促进了神宁集团煤矿综采技术进步，对降低工人劳动强度、提高综采生产效率、减少人员、降低劳动风险具有十分重要的现实意义。

1 1102206综采工作面基本情况

1.1 1102206工作面概况

梅花井煤矿1102206工作面可采储量426万吨，工作面走向长度4200米，倾斜长度225米，平均采高3.5米，煤层倾角9°～20°度，有煤尘爆炸性，2-2煤自燃倾向性等级为Ⅰ级，属于容易自燃煤层。

1.2 综采自动化工作面设备配套

1102206综采自动化工作面设备配套主要由采煤机，刮板输送机、转载机、可伸缩胶带输送机联合运煤，二柱掩护式液压支架、乳化液泵站、喷雾泵站、移动电站、组合开关等组成，主要参数及型号见表1。

1.3 1102206综采工作面自动化控制概况

梅花井煤矿1102206综采自动化工作面的有序实施，推进自动化采煤技术在实际采煤生产过程中实现：以采煤机记忆割煤为主，人工远程干预为辅；以液压支架跟随采煤机自动动作为主，人工远程干预为辅；以综采运输设备集中自动化控制为主，就地控制为辅；以综采设备智能感知为主，视频监控为辅；即“以工作面自动控制为主，监控中心远程干预控制为辅”的工作自动化生产模式，实现“无人跟机作业，有人安全值守”的开采理念。

2 综采自动化工作面总体方案设计

2.1 综采自动化工作面控制系统构成

将采煤机控制系统、支架电液控制系统、工作面运输控制系统、三机通信控制系统、泵站控制系统及供电系统有机结合，实现对综合机械化采煤工作面设备的协调管理与集中控制。实现集视频、语音、远程集中控制为一体综采工作面自动化控制系统，实现工作面采煤机、刮板运输机和液压支架等设备的联动控制和关联闭锁等功能。如图1所示。

图1 综采自动化工作面集成控制系统示意图

表1 1102206综采工作面设备配套选型

综采自动化工作面控制系统主要由三部分组成，包括综采单机设备层(第一层)、顺槽监控中心(第二层)、地面(第三层)。在工作面原有采煤机、液压支架、刮板输送机等单机子系统的层级之上构建了统一开放的100M工业以太网控制网络，实现单机设备信息汇集到顺槽监控中心的隔爆服务器上，供其分析决策与控制。

图2 采煤机自动割煤象限图

2.2 综采工作面工业以太网

利用工作面的综合接入器、光电转换器和交换机，建立一个统一开放的工作面100M工业以太网，构建控制平台。使工作面设备连接到顺槽集控中心的隔爆服务器，实现工作面设备信息汇集。工业以太网系统网络管理方面具备虚拟局域网(VLAN)、流量优先级等网络带宽管理功能，保证最重要的数据流能动态地获得最优先的带宽支持，同时具有网络状况自诊断功能。工作面以太网主要由本安型综采综合接入器、本安型光电转换器、本安型交换机、矿用隔爆兼本质安全型稳压电源、4芯铠装连接器、矿用光缆等组成。

2.3 综采工作面视频系统

综采工作面视频系统主要由采煤机机载视频、液压支架视频系统、两部胶带输送机机头视频系统、乳化泵泵站与喷雾泵泵站视频系统、刮板输送机的机头与机尾视频系统、转载机机头视频系统、监控中心内部视频系统所构成。矿用本质安全型摄像仪的视频数据通过工业以太网网络传输到矿用本质安全型显示器显示，矿用本质安全型显示器可以同时显示3台矿用本质安全型摄像仪拍摄的图像，并可跟随采煤机运动自动切换显示采煤机附近3台视频图像，实现了整个综采工作面视频系统的无缝连接。

3 综采自动化工作面生产工艺研究

3.1 液压支架自动化工艺

梅花井煤矿综采自动化工作面液压支架自动化控制的主要目标是实现工作面液压支架电液控制系统跟机自动化与远程人工干预控制相结合的自动化采煤模式。以往的电液控制系统大多局限于工作面中部跟机自动化的调试，并且没有在实际生产过程中使用，而梅花井煤矿在普通SAC电液控制系统的基础上，深入研究井下实际采煤工艺及工人操作方式。

根据自动化割煤工艺，完善了SAC电液控制系统的原有功能，实现了工作面两端头跟机自动化，具备了整个工作面的跟机自动化功能。经过在梅花井煤矿自动化工作面的实际应用，该系统完成了全工作面的跟机自动化调试，证明液压支架自动化工艺满足割煤工艺的实际生产需求，首次在倾斜综采工作面成功实施全工作面跟机自动化。

3.2 采煤机自动化割煤工艺

根据1102206综采工作面实际地质情况，采用双滚筒采煤机双向自动化记忆割煤，刮板输送机、转载机、可伸缩胶带输送机联合运煤，两柱掩护式液压支架支护顶板，采用全部垮落法处理顶板。采煤机自动记忆割煤工艺引入十四象限(或称十四工作区间)概念，如图2所示。

4 自动控制系统总体设计

在顺槽列车上打造一个“井下中央控制室”。操作者只需坐在监控中心即可通过显示器观察到工作面的情况，通过语音通信进行调度、联络，通过操作台远程操控工作面相应设备。

4.1 全自动控制模式

将集成控制系统设置为“全自动化”工作模式，通过“一键”启停按键启停工作面综采设备全自动化。“一键”启停功能包括：泵站启停、1部和2部胶带输送机启停、破碎机启停、转载机启停、刮板输送机启停、采煤机记忆割煤程序启停、液压支架跟随采煤机自动化控制程序启停，全自动化启停。自动化运行过程中，实时监控工作面综采设备运行工况，当设备运行异常，在监控中心操作人员可以通过人工干预手段对设备进行远程干预，如采煤机摇臂的调整、液压支架的动作等(如图2)。

4.2 分机自动控制模式

采煤机智能控制系统依据采煤机调高油缸行程传感器，实现采煤机的记忆割煤和远程干预等功能，实现以记忆割煤为主，远程控制为辅的生产工作模式。通过实时感知摇臂的高度，作为采煤机的智能调高系统的反馈依据，根据工作面煤层赋存条件实时改变摇臂高度，调节前后滚筒，实现采煤机自动割煤操作。根据采煤机储存系统中上一次割煤过程中存储的煤层赋存曲线，采煤机能够自动化的调节前后滚筒，实行自动割煤操作。依据采煤机主机系统及工作面视频，通过操作采煤机远程操作台实现对采煤机的远程控制功能，可以对采煤机进行启停控制、运行速度控制和前后滚筒摇臂高度控制等。

液压支架电液控制系统在标配基础上，通过增加接近传感器、倾角传感器等以实现液压支架的自动化控制。在护帮板安装接近传感器，依据传感器值判断护帮板是否收到位，防止采煤机自动化割煤时与液压支架发生干涉。在调试初期阶段，不断对控制软件进行改进升级，实现了液压支架的辅助动作可与支架移架的主要动作同时进行。同时，实现了邻架升柱到初撑力压力值时，本架即开始动作的功能，减少了相邻支架动作的相对时间。通过改进基本实现了平均每个支架移架时间15秒左右的目标，可以满足采煤机最高12米/分钟的运行速度。该工作面开采过程中必须使用的三个基本跟机功能：跟机收伸缩梁护帮、跟机移架以及跟机推溜。

4.3 分机集中控制模式

(1)具有在监控中心对采煤机工况监测与远程集中控制功能采煤机工况显示，以采煤机计算机主画面和视频画面为辅助手段，在记忆割煤过程中，通过操作台进行远程干预操作。(2)具有在监控中心对液压支架工况监测与远程集中控制功能，通过电液控制系统数据传输，在监控中心显示出电液控制系统所有数据信息。同时，通过以太网传输，在监控中心显示出工作面支架视频画面，以电液控计算机主画面和工作面视频画面为辅助手段，在跟机自动化割煤过程中，使用液压支架操作台进行远程操作，人工干预支架动作，以满足较为复杂的地质条件。(3)具有在监控中心对运输设备集中自动化控制功能，主要包括综采工作面刮板输送机、转载机、破碎机以及两部胶带输送机的启停控制，包括单独启停、顺序关联启停等功能，并且通过采集到的设备数据对运行情况起到监测功能。

(4)具有在监控中心对泵站系统集中控制功能，对整个泵站系统的关键运行参数进行实时在线监测，并通过这些参数的数值对泵站进行集中控制。

5 地面监控系统

5.1 地面监控系统平台

在地面调度室建立了以“地面数据服务中心”为主的大屏幕显示系统，实现了对整个工作面集中监控。地面监控系统将工作面综采设备有机结合起来，实现在地面调度指挥中心对综采工作面设备的远程监测以及各种数据的实时显示等，为地面管理人员提供实时的井下工作面生产及安全信息。

5.2 流媒体服务

采用了先进的流媒体服务器技术，它将多个客户端对同一个摄像头的流媒体访问进行代理，极大的减轻了前端网络摄像头的负荷和矿井环网的网络带宽负荷，也实现了矿井环网和管理网络的之间跨网段的视频发布。管理人员通过办公网络，就可以实现远程访问工作面的摄像头，进行视频实时监控。

6 结语

(1)梅花井煤矿1102206综采自动化工作面是神宁集团信息化、自动化程度最高、产量最高的综采工作面，是成套装备自动化系统的应用典范，实现了综采工作面设备顺槽集中控制和地面远程监控等功能。(2)综采自动化工作面的正常运行，工作面作业人员由9人减少至4人，一个圆班割煤最高达到23刀，工作面最高月产46.5万吨，综采自动化工作面的顺利实施达到两点效果：一是将工人从操作工变成巡检工，大大降低了工人的劳动强度；二是将工人从危险的工作面采场解放到相对安全的顺槽监控中心，提高了工人的安全系数，该项目的顺利实施将对煤矿生产有着巨大的影响。(3)梅花井煤矿1102206综采自动化工作面的顺利实施，填补了神宁集团在综采工作面自动化领域的空白，促进了神宁集团煤矿开采技术进步，对提高综采生产效率、有机结合精益化管理工作具有重大现实意义。

[1]黄曾华.综采工作面自动化控制技术的应用现状与发展趋势[J].工矿自动化,2013,39(10):17-21.

[2]付国军,杨明亮,许太山.综采无人工作面的整体设计与实现方法的构想[J].工矿自动化,2013(1):39-42.

[3] 谭得健.综采工作面自动化现状及中国21世纪发展展望[J].煤矿自动化,1999(S):1-3.

This paper introduce the overall design of 1102206 Full-mechanized automation mining face in Meihuajing Colliery, elaborated its various subsystems. Analysis of the mining technology of the Full-mechanized automation mining face ,focusing on the overall design of automatic control system of the Full-mechanized automation mining face, analyzed the control principle of automatic control systems. The establishment of a ground surveillance system,to achieve centralized monitoring of the Full-mechanized mining face.

Full-mechanized Automation; Control Systems; Mining Technology; Ground Surveillance System

翟文(1976-),男,硕士研究生,高级工程师,注册安全工程师,1997年8月参加工作,一直从事采矿技术管理工作,现任神宁集团梅花井煤矿生产副矿长。