车寨矿1506 采煤工作面智能化控制系统研究

吕占军

（山西铺龙湾煤业有限公司，山西 大同037100）

近些年来，我国煤炭行业综合机械化、自动化开采技术突飞猛进，煤炭生产能力以及安全保证能力均显著提升。综采设备作为煤炭开采的核心，是现代化矿井建设的关键。车寨矿为了提高煤炭综合生产能力以及现场现代化水平，通过引进先进的开采技术工艺，切实提高了煤炭开采竞争力，实现了煤炭高效回采，实现了减人增效目标。文中就对矿井智能化工作面建设展开分析，以期为矿井其他工作面及其他矿井智慧工作面建设提供一些经验借鉴。

1 采面概况

车寨矿1506 工作面设计推进长度560m、斜长275m，开采5#煤层、厚度平均5.0m、倾角4°。受附近DF8 断层影响，局部煤层倾角近10°。5#煤原始瓦斯含量7.52m3/t，预抽后瓦斯含量降低至5.02m3/t，采面设计供风量为3 158m3/min。采面采用综放开采工艺，采 3m 放 2m，主要设备型号为：采煤机MG300/700-WD、液压支架ZF8000/18/35D、刮板输送机SGZ-830/800、带式输送机DSJ1200/150/2×250。

2 采面智能化控制系统总体设计

根据1506 采面地质赋情况，提出一套满足采面生产的综合自动化控制系统，该控制系统以工作面内各智能化设备为基础设计，具体涉及到的智能化设备包括有：采煤机控制系统、支架电液系统、运输机控制系统等。在采面构建智慧化综合控制系统时首先需搭建自动化平台，具体有可视化平台、高速通信平台、开采设备远程控制平台；具体可实现的功能有：采面自动化生产、采煤机记忆截割、三机协调控制、刮板输送机运输煤量自动监测等。具体构建的智能化控制系统结构见图1。

图1 能化控制系统总体结构

3 智慧化工作面关键分系统

3.1 采煤机控制系统

为了适应智慧工作面面建设需要，在满足采煤机智能化控制功能基础上，确定了采煤机控制系统框架，具体见图2。

图2 采煤机控制系统框架

控制系统结构主要包括有采煤机、工控机、PLC控制器、监视器、各类安全传感器、监视器等，在PLC 控制器内嵌入有采煤记忆截割程序实现对采煤工作面无人记忆截割，可根据现场生产需要对采煤机生产情况进行调整。在控制系统采煤机上布置的高度传感器、倾角传感器可实时感知采煤机摇臂位置、采面倾角变化情况。传感器监测结果传输给采高自动调整系统，并动态调整采煤机运行。

采用数学模型精准计算得到摇臂采高，从而定位采煤机采高。同时控制系统还采用LASC 系统实时监测采煤机割煤姿态、三维姿态角度等信息，构建三维模型并在显示器上直观显示。

3.2 刮板输送机智能控制

刮板输送机智能控制组合方式采用移动电源调速控制器+变频器方式供电，动力驱动采用电动机+联轴器+ 减速器组合方式实现软启动，达到降低刮板输送机磨耗监、提升设备使用寿命等目的。

刮板输送机智能控制系统是智慧工作面的重要组成单元，结构组成包括有煤量智能扫描装置、智能控制箱以及智能调速控制软件。通过煤量扫描装置实现不接触实时监测刮板输送机运输的煤量；通过智能调速软件以及智能控制箱依据煤量扫描结果对刮板输送机运输速度进行调整，具体智能调速模型见图3。

图3 刮板输送机智能调速模型

3.3 顺槽远程控制平台

采面回采顺槽内布置的远程控制平台结构主要由电源箱、防爆主机、信号转换器以及交换箱等构成，具体结构见图4。

图4 顺槽远程控制平台

通过防爆主机内嵌有电液控制主机、视频主机、以及操作台。其中电液控制主机用以监测采面内液压支架立柱压力、视频主机监控液压支架姿态信息、操作台对采面液压支架工作姿态进行干预。操作台采用CAN 通信方式将控制指令发送至液压支架机载控制器上，实现对液压支架动作干预。采煤机、泵站以及三机运行控制由操作台先将指令发送至防爆主机，防爆主机再向各设备发出控制指令。

4 现场应用情况及采面减人情况分析

4.1 现场应用情况

上文对采面智能控制系统主要结构进行阐述，在1506 采面构建完成智能化控制系统后，为了掌握采面各设备运行情况，对智能化控制系统现场应用情况进行分析。系统运行时，采面智能化控制系统可以实现采煤机运行姿态监控、记忆截割，自动移架、推溜，皮带输送机伸缩机尾以及转载机等均可实现自动的移动。

在满足煤流运输的前提下刮板输送机通过智能调节程序及装载，可智能调节刮板输送机运行速度，预计年可增加经济效益约380 万元。带式输送机采用智能控制系统同样可起到节能降耗作用，预计年可提升经济效益约173 万元。

4.2 采面减人情况

对完成智能化控制的1506 采面现场作业人员进行统计，工作面实现智能化控制后采面作业人员数量由26 人降低至16 人，从而大幅降低矿井人力资源投入，取得显著经济效益具体智能化控制系统面应用前后采面工作面配备情况见表1。

表1 智能化控制系统面应用前后采面工作面配备情况

5 结束语

智能化矿井时煤炭建设重点发展方向，将先进的控制技术、机械化设备应用到采面工作面可显著提高矿井综合竞争力并降低生产投入。为此，文中结合1506 采面情况，对工作面智能化控制系统以及液压支架、刮板输送机等关键控制子系统设计进行阐述，并对现场应用情况进行分析。

结果表明，在1506 采面采用智能化控制系统后，采面综合生产效率以及运行安全保障能力均得以明显提升，不仅带来了显著经济效益而且采面工作面人员数量由26 人缩减至16 人，取得显著的降人增效作用。