综采工作面自动化设备选型及管理软件开发与实践

杨维维，王静冬，杨家祥，钟方敏

（宁波建新赵氏科技有限公司，浙江宁波 315600）

0 引言

综采工作自动化发展可提升采矿生产效率，并在特定管理软件下提高管理精度，最大程度激发出自动化设备效果，实现高效开采。但在现阶段综采工作面生产中，存在管理手段落后、定员多等问题，需借助适宜管理软件展开针对性应对，实现无人值守，缓解综采生产与管理质量间的不协调问题。因此，需根据综采工作面自动化要求优化设备型号，协调硬件与软件，提高综采效率。

1 综采工作面自动化设备选型

根据综采工作面自动化标准及开采规划展开自动化设备选型，需按综采工作面的产量至少1.1 Mt/a展开设计，应结合实际工作面标准参数及地质条件进行选择，使自动化设备型号与工作面生产情况相匹配。在实际选择过程中，应选择先进可靠且技术成熟的设备，以提高开机率，实现安全高效生产。

采煤机可选用7LS6C-LWS638型号，生产能力可达4000 t/h，截割深度为865 mm，最大牵引速度为21 m/min，滚筒直径为2200 mm；转载机选用PF4/1332型号，运输能力3000 t/h，链速为1.32 m/s；刮板输送机选用PF4/1132型号，运输能力2500 t/h，链速为1.28 m/s；破碎机为SB0912U型号，破碎能力可达3000 t/h，液压支架选择ZY12000/20型号，初撑力可达25.2 MPa，可在2000～4000 mm支护高度范围内应用；乳化液泵可选择K35055M型号，额定压力37.5 MPa，额定流量439 L/min；喷雾泵站可选用K160065M型号，额定压力14.3 MPa，额定流量522 L/min。

除自动化主要设备选型外，应结合上述设备参数选择联动控制器，实现高速率动作指令发送，可选用S7-300系列联动控制器，共包括CPU317-2PN/DP型号CPU、模拟量输入输出模块及24 V开关电源，其中CPU运算速度可达1μs，且具有DP接口，可与自动化设备相连接完成系统通信。传感器主要为完成信号采集及传递，采煤机传感器可选用HEDS-5540型号，以满足采煤机运行需要；液压支架传感器选用SLM211型号；刮板输送机选用GLD200电机电流传感器，便于完成信号转换，将综采工作面自动化设备连接，提高自动化系统运行效率。

2 综采工作面自动化管理软件开发

2.1 软件组成

为提高综采工作面管理质量，缓解定员多等现存问题，管理软件的开发可从资料管理、生产管理、检修管理、成本管理、考核管理、档案管理等方面构建。

（1）资料管理。主要包括井下作业信息数据等，将设备说明书等综采工作面相关内容集中至管理软件内，便于后续查阅与管理；生产管理主要表现为综采工作面生产示意图自动化绘制及展现，可直观地了解工作面产量情况，其主要内容包括每班情况、班次人员、工作面设置、生产曲线、示意图更新等，便于了解工作面真实情况，大幅提高管理效果。

（2）检修管理。主要包括检修作业设计、检修反馈、设备更换、油脂管理等，当自动化设备内缺乏油脂或存在运行异常时，则自动发出声光预警，便于第一时间进行处理，防止对综采工作面作业造成影响。

（3）成本管理。主要包括物料名称、入井数量、消耗数量、规格型号、携带班组等，是井下作业生产资源集中整合，主要为自动化绘制材料报表，了解井下作业异常消耗，经分析处理后降低材料损耗，弥补井下生产缺陷。

（4）考核管理。主要为激发井下作业班组生产效率，从制度显示、班组考核、个人工分方面展开设计，主要为明确综采工作面生产指标，借助考核提升作业人员工作积极性，为薪酬、晋升提供依据。

（5）档案管理。主要包括机电事故、工伤事故、人员调动等内容，将综采工作面事故原因及处理方案整合，并详细记录班组人员调动情况、做到有迹可查，提高综采工作面管理的可追溯性。

2.2 总体结构

综采工作面自动化设备包括刮板输送机、采煤机、液压支架等，现阶段大部分煤矿作业均采用双滚筒电牵引采煤机，采煤机固定于输送机导轨，完成自动化电机牵引，并借助双滚筒完成煤层截割，而输送机作为工作面落煤运输设备，可在电机牵引下将煤炭运输并卸载至指定位置。在煤炭运输过程中，顶板支护由液压支架负责，可在一定程度上规避矸石坠落问题，且可使采煤机、输送机保持同步运行状态[1]。

综采工作面实现自动化控制时，可包括巷道监控、远程监控、设备控制等，在以太网通信下完成井下信号调度与实时监测，并将井下作业情况存储至计算机终端，便于后续数据资源整合。巷道监控主要负责井下煤炭运输调度，在视频监控下完成参数控制，向液压支架、输送机等设备传递控制指令，并在隔爆电源应用下稳定电压源。设备控制主要为协调各自动化设备，对设备进行综合控制。自动化系统可通过控制器、传感器解决设备间的协调问题，可根据实际综采需求进行设备启闭，在反馈信号显示下展开自动进行工作面作业[2]。

2.3 关键设备开发

（1）液压支架。作为综采工作面自动化系统的重要组成部分，液压支架在电液控制基础上实现自动化。液压支架均由特定控制器展开运行控制，对液压支架运行过程展开监控，且自动化系统内各液压支架设备以控制器为中枢实现相互通信，继而构成液压支架组网，而各液压支架相应的控制器则由干线电缆连接，形成控制器网络。此外，各液压支架控制器可在机载传感器应用下展开参数监测，并借助电液阀控制液压支架，传感器由红外线接收器、行程传感器、压力传感器构成。其中，红外线接收器主要为监测采煤机运行方向及具体位置，行程传感器用以监测千斤顶情况，压力传感器则用以监测下腔液压力，以此构成液压支架的自动化体系，与其他自动化设备在干线电缆连接下构成组网系统[3]。

（2）采煤机。电控箱为采煤机自动化的核心，电控箱在综采工作面自动化体系内可监测采煤机各部件电机运行数据，并第一时间将采煤机运行情况传输至中控中心，便于自动化系统管理人员根据井下作业情况调整任务计划，以此完成综采工作面采煤机液压系统与电机的精准化控制。采煤机运行情况的监测同样需在传感器支持下展开数据监测与信号采集，从采煤机倾角、摇臂、变频器温度、电机温度、油箱油温等方面了解采煤机性能，并使采煤机维持割煤记忆状态，在最小人为干预下完成煤层截割。为进一步保障采煤机自动化水平，应在采煤机设备上设定角度传感器与齿轮传感器，数量分别为4个、2个，其中角度传感器主要为监测采煤机摇臂升降角度、机身横向角度、机身纵向角度，而齿轮传感器则为监测牵引齿轮转速情况，将手动截割状态下的数据进行收集与存储，输入自动化系统内，将其作为自动截割状态的数据基础，以此保障综采工作面自动化系统实际运行效果。

（3）泵站。泵站系统在综采工作面内主要包括喷雾泵站系统与乳化液泵站系统，为喷雾降尘系统、采煤机摇臂升降、液压支架升降提供乳化液或动力，为保障泵站自动化运行效果，需由增压泵、电机、乳化液泵、蓄能器共同作用下构成泵站系统。乳化液泵站主要以BARTEC电控系统为核心展开自动化控制，在BARTEC电控系统应用下可对泵站及电机的油温、压力、管路压力、油位进行自动化监测，以此为依据启闭泵站；而喷雾泵站系统以柱塞泵为核心，主要为提高综采工作面生产安全性，由电机控制柱塞泵，喷雾泵站系统配备蓄能器、增压泵、水箱，该泵站系统同样以BARTEC电控系统为基础实现自动化。由此可见，综采工作面自动化泵站系统均在BARTEC电控系统辅助下实现，可对井下作业现场泵站展开实时监测，了解其工作状态与运行数据，若存在泵站异常情况，可自动发出泵站异常预警，全面保障综采工作面管理质量。

3 综采工作面自动化实践效果分析

将自动化管理软件应用到综采工作面实践后，井下作业班组管理效率极大提高，进一步推动了现场无人值守发展进程，定员多等不良问题有所缓解，缩短了设备排查时间，并对伤害事故起到一定抑制作用，推动了综采管理的信息化发展进程。

从自动化系统角度来看，液压支架自动化网络可根据实际管理需要选择自动控制或手动控制模式，以此完成液压支架降柱、移架、升柱调控，同时可通过中控中心了解采煤机推进速度，以采煤机运行情况为依据展开液压支架移架、推溜操作。除此之外，电液自动控制可对已卸载液压支架进行自动补压。采煤机在电控箱记忆截割功能应用下可实现自动化煤层截割，且可在此过程中根据受力情况调节截割深度与高度，自动化效果较好，无需过多人力即可完成自动化采煤机运行。以BARTEC电控系统为核心的自动化泵站系统实现了泵站集中监测与调控，可根据综采工作面运行情况启闭泵站，并将泵站运行数据传输至主控台，自动化系统管理人员可根据LCD显示屏显示内容管理泵站，极大提高综采工作面管理效率与质量。

4 结束语

综采工作面自动化设备选型应秉承先进可靠的原则，对现有性能不佳设备进行更换，为缓解管理质量问题，应从软件组成、总体结构、关键设备角度展开自动化管理软件开发，加强液压支架、采煤机、泵站三个关键设备的自动化水平，将自动化设备与管理软件应用到实践中发现，效果显著，不仅促进了综采工作面自动化水平，更提高了管理质量与自动化水平。