韓國慶

(開灤唐山礦業(yè)公司，河北唐山 063000)

引言

開灤唐山礦業(yè)公司始建于1878年，已有133年的開采歷史，現(xiàn)在年產(chǎn)410萬t。隨著開采時(shí)間的延長且礦區(qū)位于河北省唐山市區(qū)，開采區(qū)域越來越小。井下矸石充填開采技術(shù)的應(yīng)用成為該礦延續(xù)礦井壽命的主要開采方式之一。充填開采技術(shù)就是對(duì)采空區(qū)域進(jìn)行充填，邊采煤邊充填矸石的開采工藝，可以大幅延長提高礦井的壽命，節(jié)約老礦井瀕臨枯竭的煤炭資源，有較高的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

1.現(xiàn)場條件簡介

開灤唐山礦業(yè)公司矸石充填工作面位于礦井北翼的T3281N工作面，面長120m，走向350m，采高3.8m，可采儲(chǔ)量17.1萬t，屬于固體充填技術(shù)。充填矸石來自三個(gè)投料點(diǎn)即:井上投料系統(tǒng)、井下洗選系統(tǒng)、井下翻車機(jī)系統(tǒng)，由三個(gè)投料點(diǎn)，通過皮帶機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)至工作面。三個(gè)投料系統(tǒng)及工作面出煤、充矸系統(tǒng)包括:皮帶15套、喂煤機(jī)5套、翻車機(jī)1套、滾排篩2套、刮板運(yùn)輸機(jī)6臺(tái)、破碎機(jī)3臺(tái)及一套洗選系統(tǒng)、一臺(tái)采煤機(jī)共計(jì)34臺(tái)(套)設(shè)備。

為充分發(fā)揮礦井機(jī)械化裝備的功效，達(dá)到用少人、降成本、高效率的目標(biāo)，系統(tǒng)采用信息化與自動(dòng)化技術(shù)，建立礦井矸石充填運(yùn)輸遠(yuǎn)程監(jiān)測、控制、管理一體化和人工巡檢的新的運(yùn)行模式，以取代傳統(tǒng)的每套設(shè)備專人值守的方式，通過各環(huán)節(jié)的過程控制自動(dòng)化、實(shí)現(xiàn)集控，通過井下環(huán)網(wǎng)，對(duì)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)安全情況和生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測監(jiān)控和調(diào)度管理。

2.工作面控制要求

按照開灤唐山礦業(yè)公司矸石充填集中控制總體要求，要求控制范圍涵蓋整個(gè)原矸初選、洗選、三個(gè)投料運(yùn)輸及原煤生產(chǎn)運(yùn)輸系統(tǒng)。充填集控系統(tǒng)承載控制、音頻、視頻信息，利用已有的主干千兆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)地面集中控制、分站控制、機(jī)旁控制等三級(jí)控制方式。完善各個(gè)設(shè)備保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)高效的控制、巡檢、報(bào)警及檢修功能;在喂煤機(jī)、膠帶機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、洗選設(shè)備的關(guān)鍵點(diǎn)位安裝監(jiān)視攝像頭;同時(shí)建設(shè)與井下膠帶配套的擴(kuò)音電話系統(tǒng)，在運(yùn)輸系統(tǒng)啟動(dòng)、停止、急停、故障等狀態(tài)進(jìn)行廣播或報(bào)警;地面集中控制室設(shè)置大屏幕系統(tǒng)，使井下集控系統(tǒng)和設(shè)備關(guān)鍵點(diǎn)位的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控。

建成的集控系統(tǒng)可以形成各類趨勢圖、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)各種報(bào)表實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)輔助管控，形成在礦調(diào)度室管理下的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控和綜合管理的可視化平臺(tái)。控制系統(tǒng)最終要求達(dá)到各臺(tái)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)由地面集控室控制下的地面集中控制，也可以實(shí)現(xiàn)由分站控制本站范圍內(nèi)設(shè)備，單臺(tái)設(shè)備可以選擇就地、實(shí)現(xiàn)集控及就地檢修控制設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到無人值守減少現(xiàn)場看守人員之目的。

3.控制功能的實(shí)現(xiàn)

3.1 工藝描述

開灤唐山礦業(yè)公司充填工作面運(yùn)輸系統(tǒng)主要有充填系統(tǒng)及出煤系統(tǒng)組成，其中矸石充填系統(tǒng)是將矸石運(yùn)輸至采面，矸石供給點(diǎn)由三處分別為:矸石投料井、翻車機(jī)、原煤矸石初選，分為三條線運(yùn)輸至主運(yùn)矸皮帶匯合統(tǒng)一至采空區(qū)。

矸石充填系統(tǒng)線路1:投料井→1#喂煤機(jī)→264運(yùn)矸皮帶機(jī)→2#給煤機(jī)

矸石充填系統(tǒng)線路2:7010運(yùn)矸皮帶機(jī)、5020運(yùn)矸皮帶機(jī)→煤矸洗選系統(tǒng)→洗選運(yùn)矸皮帶機(jī)→5#喂煤機(jī)→1#皮帶機(jī)→2#皮帶機(jī)→264運(yùn)矸皮帶機(jī)→2#給煤機(jī)

矸石充填系統(tǒng)線路3:翻車機(jī)→1#刮板機(jī)→1#破碎機(jī)→5#喂煤機(jī)→1#皮帶機(jī)→2#皮帶機(jī)→264運(yùn)矸皮帶機(jī)→2#給煤機(jī)

三條矸石總匯合至邊眼運(yùn)矸2#給煤機(jī)→1#皮帶→邊眼運(yùn)矸2#皮帶→風(fēng)道運(yùn)矸皮帶→拋矸皮帶→工作面后部刮板運(yùn)輸機(jī)(充填刮板機(jī))

出煤系統(tǒng)是從采面到5020倉，中間經(jīng)由設(shè)備1#轉(zhuǎn)載機(jī)→2#膠帶機(jī)(運(yùn)煤)→3#膠帶機(jī)→4#膠帶機(jī)→5#膠帶機(jī)→6#膠帶機(jī)→7#刮板運(yùn)輸機(jī)→5020倉?，F(xiàn)場布置如圖1所示。

圖1 充填運(yùn)輸系統(tǒng)示意圖

3.2 控制系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

(1)針對(duì)目前設(shè)備布置狀況將整個(gè)系統(tǒng)分為6個(gè)采集站，井下設(shè)三處井下控制分站可分段控制所屬設(shè)備，地面投料井上口集中控制室集中控制全部設(shè)備。各分站控制范圍、布置地點(diǎn)見附表1。

(2)控制分站通過DP采集各個(gè)分站的信息，統(tǒng)一匯總到井下控制分站由分站通過千兆以太環(huán)網(wǎng)上傳數(shù)據(jù)到地面kingSCADA數(shù)據(jù)控制站。井下分站對(duì)各個(gè)分站為星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

(3)運(yùn)輸設(shè)備各種保護(hù)信號(hào)上傳至分站、采用IP尋址方式判斷保護(hù)信號(hào)位置內(nèi)容，保護(hù)信號(hào)動(dòng)作時(shí)能夠及時(shí)找到故障地點(diǎn)及性質(zhì)。

表1 設(shè)備集中控制范圍一覽表

3.3 視頻系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)膠帶機(jī)的機(jī)頭、喂煤機(jī)和必要位置安裝45臺(tái)井下攝像機(jī)，配置D1數(shù)字視頻服務(wù)器。視頻分布情況:井下膠帶監(jiān)控按照每條膠帶機(jī)機(jī)頭、給煤機(jī)、投料井上下口等必要位置配備防爆攝像機(jī)，利用每臺(tái)設(shè)備機(jī)頭的傳輸設(shè)備將視頻信號(hào)送到主控制站，控制分站處設(shè)置D1格式硬盤錄像機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為以太網(wǎng)后通過千兆交換機(jī)上傳到地面集控室。通過解碼器還原成AV信號(hào)進(jìn)入視頻矩陣，上電視墻顯示。

3.4 通訊系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

采用唐山開誠集團(tuán)IP擴(kuò)音電話系統(tǒng)，每條皮帶機(jī)頭及其他設(shè)備處放置一臺(tái)可于地面及其他IP電話通話，用于伴隨膠帶集控系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止、緊急停車和事故廣播。當(dāng)集控系統(tǒng)啟、停、急停等指令發(fā)出，同步預(yù)警、廣播。

4.實(shí)現(xiàn)功能與效果

根據(jù)自動(dòng)化接入子系統(tǒng)及井下巷道布置情況，井下監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)采用3臺(tái)KJJ125井下交換機(jī)，地面新上1臺(tái)赫斯曼MAR1040核心千兆環(huán)網(wǎng)交換機(jī)。以調(diào)度中心核心交換機(jī)為起點(diǎn)，經(jīng)由1#、3#、2#控制分站形成環(huán)網(wǎng)。環(huán)節(jié)點(diǎn)附近的各子系統(tǒng)監(jiān)測、監(jiān)控、監(jiān)視就近接入到井下環(huán)網(wǎng)交換機(jī)。矸石充填各臺(tái)套設(shè)備由西門子S7－300 PLC控制，實(shí)現(xiàn)調(diào)度室遠(yuǎn)程控制和本地單獨(dú)控制的分級(jí)控制，配備多種檢測、保護(hù)對(duì)膠帶運(yùn)行進(jìn)行保護(hù)，確保各種工況和意外情況下的運(yùn)輸系統(tǒng)安全運(yùn)行。

根據(jù)礦井特點(diǎn)井下組成環(huán)網(wǎng)，接到調(diào)度中心核心交換機(jī)，在交換機(jī)將集控信號(hào)、視頻信號(hào)、音頻對(duì)講分別劃分在不同的VLAN，保證遠(yuǎn)程集中控制的最高優(yōu)先級(jí)，防止音視頻數(shù)據(jù)干擾設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)和指令。監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)全過程實(shí)時(shí)集中監(jiān)控，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)和圖像，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程、設(shè)備運(yùn)行過程中存在的問題，將生產(chǎn)安全隱患及時(shí)報(bào)警及處理，避免設(shè)備事故發(fā)生。

5.結(jié)束語

矸石充填運(yùn)輸集中監(jiān)控系統(tǒng)工程按照礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過綜合控制平臺(tái)和大屏幕操作環(huán)境，集成各個(gè)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)信息，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸設(shè)備安全預(yù)警，進(jìn)一步提高生產(chǎn)調(diào)度指揮水平，每天可節(jié)省設(shè)備操作員工50余人，嚴(yán)格了各環(huán)節(jié)的管理，提高企業(yè)自動(dòng)化水平。為公司實(shí)現(xiàn)信息化、自動(dòng)化融合奠定了基礎(chǔ)。

［1］ 王鈺皓.帶式運(yùn)輸機(jī)群監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)「J」.煤礦機(jī)械，2010.

［2］ 許中.一種煤礦帶式運(yùn)輸機(jī)集中控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)「J」.煤礦機(jī)電，2009.

［3］ 鄭曉亮，祝龍記.煤礦帶式輸送機(jī)智能控制保護(hù)系統(tǒng)「J」.煤礦機(jī)械，2008.