自动化综采放顶煤工作面设备选型及参数优化研究

牛俊峰， 王 芳

（1.科兴集团赵庄煤矿第二洗煤厂，山西 晋城 048400；2.山西兰花科技创业股份有限公司伯方煤矿，山西 晋城 048000）

引言

20世纪90年代以来，西方一些国家开始试行自动化采煤，技术已逐渐成熟。我国自1997年引进第一套工作面电液控制系统以来，实现了部分自动化功能，并取得了一定的成果。随着工业信息化技术的迅猛发展，综采设备“三机”联动、集成自动化控制已成为可能，常村煤矿通过对21150工作面自动化进行技术探索和实践，全面提高了矿井综采技术装备水平，使综采工作面“少人化”或“无人化”，降低了人员劳动强度，提高了资源利用率，保障安全生产。

1 工作面概况及设备布置

常村煤矿21150工作面位于21采区三条下山东翼，采深707m。地质构造条件较简单，所采煤层为二3煤层，厚度10.5m，煤层倾角8°～12°。采用走向长壁式布置，一次采全高综放工作面，可采走向长度983m，倾斜长180m，采高3.2m，放顶煤厚7.3m，采放比1∶2.28，可采储量243kt。

21150综采放顶煤工作面配备设备主要有：工作 面 布 置 MG300／730－WD 型 采 煤 机 1 台、SGZ800／800型前部刮板机1部、SGZ1000／1050型后部刮板机1部、ZF11000／18／36D型电液控综采放顶煤支架117架、ZFG12800／25／38D排头支架6架。下顺槽：布置SZZ－1000／400转载机及PCM250破碎机，胶带输送机。

2 工作面各子系统的建立

2.1 液压支架远程监控系统

该工作面支架控制系统选用北京天玛公司生产的SAC型电液控制系统［1］，该系统通过主控计算机与顺槽控制中心相连，主要完成液压支架信息的远程传输、支架姿态及动作模拟再现、放煤控制；对工作面电液支架的操控动作、顶板压力、推溜位移和报警故障状态等信息进行在线监控，实现对工作面支架的远程监测。

2.2 采煤机远程监控系统

远程监控系统主要有采煤机机载控制系统、采煤机顺槽监控系统、采煤机地面远程监控系统、采煤机3DVR数字化平台。在顺槽三机协同控制系统实现采煤机的姿态监控、自适应截割控制，并能实现本地优先的远程控制。该子系统有本地手动、本地自动、远程手动、远程自动四种工作模式，采煤机远程监控示意图如下页图1所示。

2.3 输送装备自动化子系统

图1 采煤机远程监控示意图

运输控制系统采用天津华宁公司生产的KTC101－Z型井下通讯、控制、保护系统，对前后溜、转载机、破碎机实行集中控制［2］，形成工作面运输子系统，运输装备自动化系统（如图2所示）。

2.4 乳化液泵站自动化子系统

图2 运输装备自动化系统

常村煤矿采用的乳化液泵站是山东淄博市博山防爆电器厂生产的智能型乳化液泵站，型号为BRW400／31.5K。由变频调速控制装置1套、自动配液箱1套（含自动反冲洗系统）、自动补油箱1套（含移动式供油泵1台）、乳化液泵组3台、软化水装置1套（含软化水器和软化水箱）五部分组成。该系统主要功能：声、光报警功能；显示实时设备运转数据和自动配液状态功能；变频恒压控制功能；变频、工频两种控制形式；超高液位保护等。

2.5 工作面无线网络传输平台

该工作面共安装15台KJJ168本安型无线交换机，工作面无线网络与顺槽有线交换网络连接。利用无线交换机，构成工作面无线网络传输平台，形成井下顺槽集控中心网络，并通过光纤与地面远程控制中心（地面机房）相连，最终形成井上井下一体的计算机网络，实现三机（采煤机、支架、刮板机）工况参数和控制指令的远程传输及视频信息的远程传输［3］。

3 智能化工作面系统构成

21150智能化工作面设备是在复杂多变环境下实施的技术密集、构成复杂的一项系统工程，工作面以无线网络平台为基础，将支架、采煤机、运输系统、泵站等子系统与上巷顺槽控制中心相连，实现由顺槽控制中心对整个系统的监控［4］。21150工作面井下控制中心布置在21150上顺槽距工作面100～150m位置与设备列车一起，随工作面推进向前移动，分别控制工作面采煤机、前后刮板机、工作面液压支架、转载机。在工作面无线交换网络平台的支持下，通过三机集控主机，实现电牵引采煤机、电液支架主控制器、工作面输送装备的集中控制［5］（如图3所示）。

4 工作面自动化程序及技术参数优化

4.1 工作面自动化启动程序

工作面设备启动报警→启动破碎机、转载机→前、后刮板机→收护帮板→采煤机割煤→液压支架成组跟机移架→成组推前溜→放顶煤→成组拉后溜。

4.2 技术参数优化

自动化工作面采煤机、支架、刮板机的运行、动作、状态的时间和空间配合是否合理是实现生产自动化的关键。通过对21150工作面大量试验和不断摸索，使设备的各种工作性能得到充分发挥，达到了预期的技术要求。

1）采煤机技术参数。割煤速度为3.5m／min。

2）跟机自动化技术参数。以采煤机红外线发射器对照的支架为基准，其中前方第7架支架护帮板和伸缩梁开始收，采煤机后方第6架支架护帮板和伸缩梁开始伸，后方第5架支架开始自动移架，依次类推，实行跟机自动化割煤［6］。

3）自动移架参数。自动移架首架动作之前3s蜂鸣器报警，支架降架前柱压力降至10MPa，后柱5MPa以下，计算机程序才允本架移架，目标行程500mm。以此参数判断是否已经移架到位。升架以立柱压力升至18MPa以上（立柱升柱的目标压力20MPa），邻架作自动移架移。

4）成组推溜参数。动作范围10架，动作组1组，组间延迟1s。

5）成组拉后溜参数。动作范围10架，动作组1组，组间延迟2s。

6）支架自动放煤程序参数。6架为1组，隔架放煤，进行成组动作，先进行第1、3、5架，然后是2、4、6架成组动作，6架为1个循环，保证放煤量达80%以上。第一架执行单架动作，待第一架放煤动作结束时（20s），第三架开始自动放煤动作，待第3架放煤动作结束时（20s），第5架开始自动放煤动作，待第5架放煤动作结束时（20s），第2架开始自动放煤动作，并重复单架动作，待第2架放煤动作结束时（20s），第4架开始自动放煤动作，并重复单架动作，待第4架放煤动作结束时（20s），第6架开始自动放煤动作，并重复单架动作，直至动作结束（20s），再进行下一组放煤。

5 结语

1）自动化设备的应用提高了设备开机率。自动化设备的实时工况监控、智能故障诊断、工作面矿压监测等实用功能，让井上井下都能随时掌握关键部位的工作状态，及时发现设备故障，杜绝了设备事故的发生，降低了设备运行成本。

2）保证了职工的人身安全与工人劳动强度。SAC型电液系统的成组动作控制功能、支架跟随采煤机自动控制功能以及安全操作功能等，实现了无人操作或远距离操作，保证了操作人员的人身安全。

［1］ 帅银周.自动化综采工作面的实现与应用［J］.科技信息，2010（16）：335－336.

［2］ 钱佳涛.基于PLC的井下工作面自动化系统集成研究［J］.科技信息，2009（10）：293－294.

［3］ 赵雪雷，徐向东，李会义.王庄煤矿大采高自动化综放工作面技术研究［J］.煤矿机械，2008（4）：155－156.

［4］ 夏护国.自动化综采工作面技术应用［J］.陕西煤炭，2007（1）：59－60.

［5］ 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.

［6］ 贺海涛.综采工作面自动化在神东矿区的实践［J］.陕西煤炭，2009（2）：51－52.