煤矿连采设备的自动化应用研究

摘要：对煤矿连采设备的运行原理与使用要求进行了分析，提出了该设备的自动化应用方法，并对该设备未来发展前景进行了展望，力求通过搭建井下自动化工业环网、优化供电设备接口、给料破碎机改造升级等，使该设备获得更大的发展。

关键词：煤矿;连采设备;自动化

0    引言

随着科技飞速发展，煤矿生产的机械化程度逐渐提升，为了提高煤炭开采量，各大企业积极引入先进的科学技术，其中连采设备朝着自动化方向迅猛发展，在全国范围内得到了普及和应用。在煤矿生产中引入连采自动化控制系统，可远程监测和控制连采设备运行，使煤炭开采效率得到进一步提升。

1    煤矿连采设备运行原理与使用要求

煤矿连采设备主要应用于煤矿开采与巷道掘进中，具有截割、装载、喷雾除尘等多项功能，以模块式部件为主，适用于厚度较大的煤层，便于后期维修。该设备主要由截割、装煤、运煤、液压与电气等系统构成，采用横轴式滚筒截割机构，将两台交流电机安装在截割臂中，利用扭矩限制器与齿轮减速箱进行驱动，使左右滚筒旋转后落煤;液压缸对滚筒升降具有控制作用;装煤部分包括装载耙爪、铲煤板，前者在减速器驱动下运动，减速器还可带动刮板运送机运行，依靠装载耙爪的力量，将滚筒割下的煤运送到输送机中。

连采设备的使用要求如表1所示。

该设备适用于埋深较浅的矿井边角煤的开采以及回采巷道，煤层厚度在3.5 m以上，倾角不超过12°，煤层顶板稳定，允许暴露面积50 m2，底板具有较强的抗压性。据调查，在我国158个矿井中有94个符合该设备的采煤标准，总煤层可开采量超过6 000万t。此外，有170个煤层符合采煤标准，总煤炭存储量达1.8×109 t。由此可见，该设备应用范围广，应对此加强重视，积极引进连采技术与设备，以最低的成本开采出更多的煤炭资源[1]。

2    煤矿连采设备的自动化应用措施

2.1    工作面信息技术应用

现阶段，连采工作面自动化主要体现在以下几个方面：

（1）远程视频监控。为连采工作面远程控制人员提供仿真视觉效果，支持远程指导生产、辅助远程控制等功能。

（2）集中控制中心。在工作面安全区中设置集控中心，通过网络对连采设备运行情况进行实时监控，对故障信息、运行数据、视频等进行采集和处理，结合连采工作流程，构建高效控制机制，实现手动和自动控制，根据设备运行情况，实现设备联锁、协调控制、闭锁保护等功能。

（3）故障诊断和预测。单机设备运行是自动化核心，通过对工作面设备运行状态进行全面监测，积累历史数据，通过大数据分析，判断关键部件的平均寿命与故障数据等，通过挖掘大数据背后共性规律，构建故障诊断与预测系统。

2.2    供电系统

该系统的主要作用在于将连采工作面涉及的所有供电设备进行汇总，纳入到供电图中，即整个矿井中全部设备根据供电拓扑关系在相同的画面中表现出来，操作人员可利用鼠标滚轮对各个区域进行查看和调整，掌握整个矿井供电网络的信息，还可对故障电路进行模拟，判断受影响的范围，帮助抢修人员在较短时间内准确找到故障点，节省故障时间，为故障诊断与检修提供极大便利，切实保障矿井安全。在供电图中，操作者可对井下各项供电设备进行远程监控和分合闸，实时了解各台设备的运行状态，例如，某连采工作面通风机的供电系统出现异常，受故障影响而停机，调度中心将在第一时间接到报警，由操作者及时查看报警内容，确定故障点;调度人员可根据实际情况，指挥井下工人避灾，在最短时间内使设备恢复运行，并确保工人的人身安全[2]。

2.3    連采单机设备

针对以往连采单机设备中存在的“信息孤岛”情况，构建单机信息化系统，为工作面自动化创造基础条件，单机设备包括3种运行模式，分别为远程、就地与自动控制，由操作人员根据工程实际需求灵活调整。当设备处于自动模式时，连采机运输机以检测梭车位置为依据自动运行，在启动之前发出语音提示，在启动后闪烁红光报警，当运输系统自动停车后，红灯才灭;当设备处于远程控制模式时，调度人员在PSI平台上可对连采机、梭车、破碎机、皮带进行实时监控，当设备启动后，画面将自动变成绿色，当设备停止时，变为黄色，当设备故障时，变为红色，通过实时监测确保设备始终处于健康的运行状态。在工作面中其他运行设备同样受到监测，使设备运行效率显著提升，还可达到减员增效目标，切实保护工作环境。连采单机设备的主要功能如下：

（1）设备运行数据采集、处理、显示与存储，包括视频数据与状态数据;

（2）对视频数据、音频数据、运行数据进行远程控制;

（3）与设备运行实际情况相结合，对单机开启、暂停与特定动作进行控制;

（4）具有多台设备联动、闭锁功能，可提高生产效率，确保生产安全。

3    煤矿连采设备自动化应用前景

我国许多资源受地理位置、技术水平等因素影响，开采难度较大。未来应加强技术创新，提高连采自动化水平，进一步开拓连采设备广阔的发展前景。

3.1    搭建井下自动化工业环网

工业环网即工业以太网，是指将以太网引入到工业控制中的局域网技术，以星型、总线、环形作为拓扑结构，包括连采机割煤、装煤;梭车运煤、破碎机以及皮带运行等，掘进设备分布具有分散性，需要搭建井下工业环网，才可实现连采自动化控制，使胶带机头部、交换机与配电硐室以环网形式相互连接，当某点出现故障时，不会对其他设备自动化控制产生不良影响，为连采系统运行创设安全可靠的工作环境[3]。

3.2    优化供电设备接口

在连采工作面中，通常情况下配电点设置在局部通风机周围的聯巷中，主要包括风机移变、专用移变、梭车移变等，且设备分布较分散，与采集箱间的距离较远，设备搬家较为频繁，主运与供电设备以RS485通信方式为主，一些老旧设备无法实现通信，且不能在工业环网中直接传输，需对串口服务器进行转化。未来应将连采系统中的串口服务器改为GW1104-4DI型号，可顺利实现RS-232/485/422与TCP/IP间的数据传输，可有效实现网络连接。

3.3    给料破碎机改造升级

一是在电控箱中加入电磁阀驱动板、模拟量输入模块等，并增加电磁控制阀、配套胶管与接口等，可通过手动与自动两种控制方式进行转载运输;二是在破碎机机身处设置红外线接收器，在梭车上安装红外发射器，当两者相距10 m时，接收器可接收到信号，此时PLC控制器启动，破碎机开始报警，并自动启动;当梭车卸料完毕后，破碎机根据之前设定的时间延时停机;三是对破碎机中标准的Modbus RTU协议RS485接口进行改进，将数据采集箱接入其中，借助环网交换机将数据传输到调度中心，完成地面远程控制与监测工作[4]。

4    结语

在新时期背景下，连采设备自动化应用可使煤矿开采效率得到显著提升，PSI系统、胶带机监控、通信系统等设备的引入，可实时掌握各个设备运行状态与参数，不但能减少人力资源的浪费，还可显著提高设备运行效率，在自动化技术的支撑下，顺利达到减员增效的目标。

[参考文献]

[1] 张登山，任文清，梁占泽.大柳塔煤矿连采设备集控运行的研究及应用[J].陕西煤炭，2017（S1）：73-78.

[2] 索智文.A煤矿连掘一队连采掘进设备开机率提升问题研究[D].天津：天津大学，2018.

[3] 孙培瑚.小龙潭露天煤矿连采成套设备概况[J].起重运输机械，2018（4）：9-18.

[4] 邵建.连采设备视频监控系统的应用及连采工作面信息化发展的探讨[J].内燃机与配件，2018，270（18）：220-222.

收稿日期：2020-02-05

作者简介：陈建飞（1991—），男，陕西蒲城人，助理工程师，研究方向：煤矿自动化开采。