自动化控制系统在综采工作面的研究及应用

白治新

摘要：目前，我国的科技发展十分迅速，工作面运输自动化控制系统包括井上主机控制系统通过局域网连接井下控制系统，井下控制系统包括防爆型计算机，由计算机控制的人机交互装置和多个功能模块；人机交互装置包括操控台和监视器；多个功能模块包括可编程序控制器模块、视频模块、通讯模块、音频模块和电源模块，其中可编程序控制器模块连接工作面运输设备，控制工作面运输设备的启停；仅增加和改造一些设备，在工作面设备列车控制，运输系统实现了无人值守，不仅可以节能降耗、减人增效，使地面生产调度室工作人员可以随时了解井下工作面的安全生产情况，提升了科学的生产管理手段，最大程度地提高运输生产设备的开机率及效率，实现连续高产高效。

关键词：综采工作面；自动化；控制系统

引言

该技术是工作面运输自动化控制系统包括井上主机控制系统和井下控制系统，井上主机控制系统通过局域网连接井下控制系统，井下控制系统包括防爆型计算机，由计算机控制的人机交互装置和多个功能模块；人机交互装置包括操控台和监视器；使用该系统技术后工作面可实现日常采煤生产过程，实现以采煤机记忆模式割煤为主，人工操作为辅；以综机支架跟随采煤机自动控制为主，人工操作为辅；以综采工作面运输设备自动控制为主，就地控制为辅；以综采设备数据监测为主，视频监控为辅；即“以工作面自動控制为主，人工操作控制为辅”的自动化模式；达到生产工作面少人安全高效开采多个功能模块包括可编程序控制器模块、视频模块、通讯模块、音频模块和电源模块，其中可编程序控制器模块连接工作面运输设备，控制工作面运输设备的启停；仅增加和改造一些设备，在工作面设备列车控制，运输系统实现了无人值守，既可以节能降耗又能减人增效，还可以实现提升自动化控制水平，更能有效地降低安全管理成本。

1背景技术

原有带式输送机是一种摩擦驱动模式设备，以连续方式运输物料的机械设备，从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送方式，带式输送机是煤矿最理想的高效连续运输装备，与其他运输设备相比，具有可实现输送距离长、运量大、连续输送等优点，而且运行可靠，但是工作面运输自动化和集中控制一直是薄弱点，尤其对高产高效生产煤矿而言，地面调度室指挥工作人员不能及时了解生产现场的安全生产现状，地面与井下生产工作面不能实现直接对话，工作面的安全只能靠现场工作人员，没有监控控制设施。缺少将所有工作面生产设施设备控制系统及供电系统有机结合起来，不能实现在工作面集控中心对工作面综采设备的集中监测和远程自动化控制功能。

2综采工作面自动化系统的应用的技术方案

（1）顺槽监控中心顺槽监控中心配置采煤机远程控制主机、液压支架远程控制主机、支架操作台和集控操作台、工作面视频监控显示器等。在顺槽实时监控各设备运转情况，通过“一键”启停按键对工作面综采设备按照自动化程序顺序启停，实现在顺槽对工作面设备工况监测和远程集中操控。（2）自动跟机移架及液压支架电液控制液压支架自动跟机移架通过光纤陀螺仪、水平位移传感器、倾角传感器的安装和使用，对刮板机和采煤机的二维姿态、液压支架的高度和三维姿态进行实时监测，再通过识别采煤机运行方向和位置，从而实现液压支架随开采自动移架。采用SAC型支架电液控制系统控制液压支架，该系统主要包括位置传感器、支架电液控制阀、红外线发送及接收器、推移行程传感器、测高传感器、控制器、支架立柱压力传感器及信号转换装置等。该系统可实现自动喷洒水、液压支架拉架、升架及降架、伸缩护帮板、拉后部输送机及推移浅部输送机等功能。（3）采煤机记忆截煤主要是指采煤机能够按照存储记忆中的参数自动运行，从而实现无人操作。先由采煤机司机操作截煤示范刀，然后采煤机对其轨迹参数进行记忆。通过记录工作面示范刀及煤层变化曲线，采煤机自动按照记忆的曲线和工艺截煤，在地质条件变化大、顶板破碎时辅助人工远程干预。（4）供液系统自动化控制自动化供液系统由控制系统、乳化液泵站、乳化液配比系统、回液过滤站、喷雾泵站、自动反冲洗清水过滤站、清水箱、回液箱及混合液箱等组成。该系统通过乳化液浓度自动配比系统和防渗透水处理系统保证供液质量；采用电磁卸载和变频控制结合方式，可达到恒压供液及快速供液的目的。系统基本工作原理为：首先控制系统接收压力传感器发出的压力信号，再根据其变化情况对工作面用液需求进行判断，从而自动启停乳化液泵站。（5）全工作面视频覆盖工作面视频图像监控系统是实现工作面可视化的重要组成部分。在液压支架及部分关键位置，安装矿用夜视、低照度、高清晰的本质安全型网络摄像头，具备红外补光、云台和视频自动跟机等功能，完成对煤壁和工作面的监控，为远程操作人员提供实时监视信息，便于及时掌握工作面情况。（6）语音、视频和数据的网络传输建立综采工作面百兆以太网，主要由本质安全型综采综合接入器、本质安全型交换机、矿用隔爆兼本质安全型稳压电源和矿用光缆等组成。通过工作面百兆以太网络平台将综采工作面语音、视频和数据传输到顺槽监控中心，再通过矿井现用工业以太环形网络传输到地面调度室。

3实现功能及实施效果

3.1实现功能

（1）实现了综采工作面液压支架的自动移架功能。（2）实现了在地面调度中心及工作面顺槽监控中心对综采工作面的远程操控及实施监测功能。（3）实现了智能配液和集中供液功能。（4）实现了采煤机的远程操控及记忆截割功能。

3.2应用效果

视频模块和音频模块分别控制所述工作面视频系统和工作面语音通讯系统的运行；工作面视频系统包括网络摄像头、视频监视器和视频操作台，动态、实时显示全部系统所有胶带运输机状况，系统保护具有寻址功能，显示故障对应地址位置；还包括保护系统包括设置在胶带机驱动滚筒的温度保护、烟雾保护和自动洒水装置和设置在煤仓的雷达料位仪，胶带输送机沿线均匀设置多个急停保护装置，可实现胶带机驱动滚筒防滑、堆煤，且能实现在工作面集控中心对工作面综采设备的集中监测和远程自动化控制技术。井上主机控制系统包括数据监控主机、视频监控主机、上交换机和井上环网交换机与井下环网连接。本技术的优点在于工作面运输自动化控制系统在现有井下皮带运输线设备基础上，仅增加和改造一些设备，在工作面设备列车控制，运输系统实现了无人值守，不仅可以节能降耗、减人增效，而且还可以提升自动化管理水平，有效地降低管理成本。提高采煤效率、提高资源的利用率、降低采煤人员的劳动强度、提高煤矿的安全生产水平，达到工作面生产过程自动化、采煤工艺智能化、工作面管理信息化，是现代化煤矿高效、安全、绿色生产的必由之路。现已在山东能源枣矿集团七五煤矿、田陈煤矿新安煤矿试点使用，准备在多个煤矿推广应用。

结语

综采工作面自动化控制系统在砚北煤矿的示范应用，实现了采煤机记忆截煤、液压支架的自动跟机移架、刮板输送机的自动跟机推移、工作面智能型集成供液等功能。但受煤岩识别、工作面环境等条件的制约，在工作面视频防尘、防雾、煤岩识别、人员识别和精确定位、传感器的稳定性、可靠性和适应性等方面还需进一步研究改进。

参考文献

[1]夏护国，等.综采工作面自动化系统集成研究[J].工矿自动化，2014，40（6）：31-33.

[2]蒋春悦，等.自动化工作面液压支架控制器设计[J].工矿自动化，2014，40（9）：1-5.

[3]王国法.综采自动化智能化无人化成套技术与装备发展方向[J].煤炭科学技术，2014，42（9）：30-34，39.

（作者单位：徐矿集团新疆赛尔能源有限责任公司）