综采自动化控制系统在阳煤集团新大地公司15305综采工作面的应用

季天云

（阳泉煤业（集团）和顺新大地煤业有限公司， 山西 晋中 032700）

1 15305综采工作面概况

1.1 工作面主要技术参数

15305综采工作面走向长为1 107 m，倾向长为190 m，煤层厚度为5.00～5.80 m，厚度为5.38 m，开采储量为1 425 785 t；煤层倾角为1°～8°，平均倾角为5°；工作面为15号煤一次采全高大采高工作面，采用走向长壁后退式综合机械化一次采全高综采自动化采煤方法，采用全部垮落法管理顶板和处理采空区；工作面沿煤层顶底板推进，平均采高为5.38 m，循环进度为0.865 m。

1.2 巷道布置及断面特征

15305综采工作面采用一进一回开切巷＋低位岩石抽采巷＋走向高抽巷的方式布置。其中进风顺槽断面为5.2m×4.2m、回风顺槽断面为5.2m×3.8m、切巷断面为9.5m×4.2m，沿15号煤煤层顶板布置；低位岩石抽采巷巷道底板位于15号煤层顶板上方约5 m，水平距离回风顺槽34 m；走向高抽巷沿11号煤层顶板布置，水平距离回风顺槽65 m。15305综采工作面巷道布置图如图1所示。

1.3 15305综采工作面设备选型

15305综采工作面为大采高一次采全高工作面，设备主要包括MG750/1900-GWD型采煤机、ZY12000/27/62D型电液控支架、SGZ1250/2000型刮板输送机、SZZ1350/525型转载机、PLM4000型破碎机、超前支架、带式输送机、泵站、供电设备、单机控制设备和自动化控制设备等，其主要设备配备情况如表1所示。

图1 15305综采工作面巷道布置图

表1 15305综采工作面设备配备情况

2 15305工作面综采成套装备自动化控制系统结构

综采成套装备智能系统是由采煤机自动控制系统、液压支架自动控制系统、三机（刮板输送机、转载机、破碎机）自动控制系统、自动供液系统、工作面视频监控系统和工作面信息传输及自动化控制平台系统组成，见图2。

图2 15305综采工作面综采成套装备自动化控制系统总体结构示意图

综采成套装备自动化控制系统的特点是将整个工作面设备作为一个出煤系统进行设计，系统内部各设备相互配合、相互作用，共同实现综采工作面的破煤、落煤、装煤、运煤等生产过程。

3 1 5 3 0 5综采工作面自动化控制系统应用情况

3.1 采煤机位置监测系统

新大地公司15305综采工作面通过在采煤机安装信号接收器，工作面液压支架安装红外发射器来实现采煤机的实时位置监测。

采煤机位置监测系统需要掌握采煤机位置有关信息才能正常工作。采煤机位置是液压支架电液控制系统实现跟机自动化控制的依据，采煤机位置检测系统的准确性和可靠性是实现工作面自动化的基础。工作面自动化需要采煤机实现与液压支架、刮板输送机、转载机、破碎机自动协调运行。通过采用红外发射器进行定位，将采煤机行走位置、行走速度信息实时传输到液压支架电液控制系统，实现自动跟机推移刮板输送机并移架；利用支架电液控制系统输出的推移刮板输送机与移架速度与工作状态信息，自动实现采煤机的行走速度与位置控制[1]。

3.2 液压支架跟机自动化

根据采煤机位置，按照跟机自动化对于液压支架的要求，将岗位作业人员在不同情况中的具体操作动作形成标准化流程，编制跟机自动化参数实现对支架的自动化控制；依据液压支架压力传感器、行程传感器配合工作面视频监控系统，实现了液压支架跟机自动喷雾、跟机收伸支架护帮板、跟机收伸支架顶梁、跟机移架、跟机推移刮板输送机等功能。通过不断完善跟机技术参数，实现了液压支架自动跟机。

3.3 三机集中自动化控制

在15305综采工作面进风顺槽监控中心实现了工作面刮板输送机、转载机、破碎机集中自动化控制，实现了工作面刮板输送机、转载机、破碎机集中启停控制，单机启停控制，工作面设备急停闭锁。

3.4 工作面视频监控与语音通讯

在工作面每10架液压支架顶梁上安装1台矿用本质安全型视频摄像仪。每台摄像仪的视频数据经过工作面信号转换器进行信号转换后传输至15305综采工作面进风顺槽监控中心，监控中心主机通过矿井自动化网络将监控视频数据传输至地面调度指挥中心。视频监控系统通过切换视频摄像仪信号实时获取综采工作面采煤机运行位置、方向及工作面实时生产情况。

在工作面每10架液压支架控制器上方安装1台矿用本质安全型语音通讯设备。实现了工作面与各设备及进风顺槽监控中心的实时语音通讯，方便，作业人员间的相互沟通及紧急情况下的语音预警，提高了工作效率。

3.5 工作面液压支架实时矿压监测系统

15305综采工作面安装期间为工作面每架液压支架立柱配套安装1个液压支架压力传感器，便于实时采集每架液压支架的矿压数据，液压支架压力传感器将实时矿压数据传输至液压支架控制器，为现场作业人员操作液压支架提供数据指导。液压支架矿压数据经由工作面信号转换器将工作面实时矿压数据传输至进风顺槽监控中心主机后通过矿井自动化网络将矿压数据传输至公司地面调度指挥中心服务器进行记录、存储。利用矿压分析软件将矿压数据进行分析后生成矿压分析报告。

通过矿压分析报告，对工作面回采过程中的矿压显现规律进行总结分析，为下一周期工作面的顶板管理及工作面回采过程中的推进速度进行指导。

4 自动化控制系统的改善措施

通过自动化控制系统在阳煤集团新大地公司15305综采工作面的应用，发现仍然有许多问题制约着自动化控制系统在煤矿井下综采工作面的全面推广，只有不断完善影响自动化控制系统的各个环节，才能使自动化控制系统发挥其更大的作用。应用中主要发现有如下几个方面需要完善：

1）乳化液泵站的输出压力及流量。乳化液泵站输出压力的稳定性、持续性，输出流量是否充足是制约液压支架跟机自动化运行是否顺畅，能否实现液压支架跟机自动化的重要因素。乳化液泵站输出压力不够、流量不足，会导致液压支架反应时间过长、动作缓慢，从而影响跟机自动化进程，甚至造成整个工艺流程混乱，致使跟机自动化无法实现。这就需要注重日常的乳化液泵站、乳化液管路、液压支架的维护保养，设备配件、管路的各类技术指标满足技术要求。只有设备运行良好，各类配件、管路及辅助设施满足设备运行要求，才能确保乳化液泵站输出压力及流量满足液压支架跟机自动化的要求，才能更好地发挥综采自动化系统功效，更好地服务生产[2]。

2）自动化信号传输的稳定性、实时性。信号能否实时、有效地在设备与设备控制器及顺槽监控中心之间进行传输也是影响自动化能否最终实现的重要因素。在应用中仍需不断完善信号传输的各个环节。

5 结论

通过实践证明，综采自动化控制系统在阳煤集团新大地公司15305综采工作面的应用，实现了综采工作面的跟机自动化、矿压在线监测及视频监控，提高了工作面的生产效率及安全性，为加强现场管理提供了科学依据[3-4]。通过不断完善各个环节，自动化控制系统会越来越成熟，作用会越来越大，值得进行推广应用。