?？》?， 王 芳

（1.科興集團(tuán)趙莊煤礦第二洗煤廠，山西 晉城 048400；2.山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司伯方煤礦，山西 晉城 048000）

引言

20世紀(jì)90年代以來，西方一些國家開始試行自動化采煤，技術(shù)已逐漸成熟。我國自1997年引進(jìn)第一套工作面電液控制系統(tǒng)以來，實(shí)現(xiàn)了部分自動化功能，并取得了一定的成果。隨著工業(yè)信息化技術(shù)的迅猛發(fā)展，綜采設(shè)備“三機(jī)”聯(lián)動、集成自動化控制已成為可能，常村煤礦通過對21150工作面自動化進(jìn)行技術(shù)探索和實(shí)踐，全面提高了礦井綜采技術(shù)裝備水平，使綜采工作面“少人化”或“無人化”，降低了人員勞動強(qiáng)度，提高了資源利用率，保障安全生產(chǎn)。

1 工作面概況及設(shè)備布置

常村煤礦21150工作面位于21采區(qū)三條下山東翼，采深707m。地質(zhì)構(gòu)造條件較簡單，所采煤層為二3煤層，厚度10.5m，煤層傾角8°～12°。采用走向長壁式布置，一次采全高綜放工作面，可采走向長度983m，傾斜長180m，采高3.2m，放頂煤厚7.3m，采放比1∶2.28，可采儲量243kt。

21150綜采放頂煤工作面配備設(shè)備主要有：工作 面 布 置 MG300／730－WD 型 采 煤 機(jī) 1 臺、SGZ800／800型前部刮板機(jī)1部、SGZ1000／1050型后部刮板機(jī)1部、ZF11000／18／36D型電液控綜采放頂煤支架117架、ZFG12800／25／38D排頭支架6架。下順槽：布置SZZ－1000／400轉(zhuǎn)載機(jī)及PCM250破碎機(jī)，膠帶輸送機(jī)。

2 工作面各子系統(tǒng)的建立

2.1 液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

該工作面支架控制系統(tǒng)選用北京天瑪公司生產(chǎn)的SAC型電液控制系統(tǒng)［1］，該系統(tǒng)通過主控計(jì)算機(jī)與順槽控制中心相連，主要完成液壓支架信息的遠(yuǎn)程傳輸、支架姿態(tài)及動作模擬再現(xiàn)、放煤控制；對工作面電液支架的操控動作、頂板壓力、推溜位移和報(bào)警故障狀態(tài)等信息進(jìn)行在線監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對工作面支架的遠(yuǎn)程監(jiān)測。

2.2 采煤機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要有采煤機(jī)機(jī)載控制系統(tǒng)、采煤機(jī)順槽監(jiān)控系統(tǒng)、采煤機(jī)地面遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、采煤機(jī)3DVR數(shù)字化平臺。在順槽三機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的姿態(tài)監(jiān)控、自適應(yīng)截割控制，并能實(shí)現(xiàn)本地優(yōu)先的遠(yuǎn)程控制。該子系統(tǒng)有本地手動、本地自動、遠(yuǎn)程手動、遠(yuǎn)程自動四種工作模式，采煤機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控示意圖如下頁圖1所示。

2.3 輸送裝備自動化子系統(tǒng)

圖1 采煤機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控示意圖

運(yùn)輸控制系統(tǒng)采用天津華寧公司生產(chǎn)的KTC101－Z型井下通訊、控制、保護(hù)系統(tǒng)，對前后溜、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)實(shí)行集中控制［2］，形成工作面運(yùn)輸子系統(tǒng)，運(yùn)輸裝備自動化系統(tǒng)（如圖2所示）。

2.4 乳化液泵站自動化子系統(tǒng)

圖2 運(yùn)輸裝備自動化系統(tǒng)

常村煤礦采用的乳化液泵站是山東淄博市博山防爆電器廠生產(chǎn)的智能型乳化液泵站，型號為BRW400／31.5K。由變頻調(diào)速控制裝置1套、自動配液箱1套（含自動反沖洗系統(tǒng)）、自動補(bǔ)油箱1套（含移動式供油泵1臺）、乳化液泵組3臺、軟化水裝置1套（含軟化水器和軟化水箱）五部分組成。該系統(tǒng)主要功能：聲、光報(bào)警功能；顯示實(shí)時(shí)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)和自動配液狀態(tài)功能；變頻恒壓控制功能；變頻、工頻兩種控制形式；超高液位保護(hù)等。

2.5 工作面無線網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺

該工作面共安裝15臺KJJ168本安型無線交換機(jī)，工作面無線網(wǎng)絡(luò)與順槽有線交換網(wǎng)絡(luò)連接。利用無線交換機(jī)，構(gòu)成工作面無線網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺，形成井下順槽集控中心網(wǎng)絡(luò)，并通過光纖與地面遠(yuǎn)程控制中心（地面機(jī)房）相連，最終形成井上井下一體的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)三機(jī)（采煤機(jī)、支架、刮板機(jī)）工況參數(shù)和控制指令的遠(yuǎn)程傳輸及視頻信息的遠(yuǎn)程傳輸［3］。

3 智能化工作面系統(tǒng)構(gòu)成

21150智能化工作面設(shè)備是在復(fù)雜多變環(huán)境下實(shí)施的技術(shù)密集、構(gòu)成復(fù)雜的一項(xiàng)系統(tǒng)工程，工作面以無線網(wǎng)絡(luò)平臺為基礎(chǔ)，將支架、采煤機(jī)、運(yùn)輸系統(tǒng)、泵站等子系統(tǒng)與上巷順槽控制中心相連，實(shí)現(xiàn)由順槽控制中心對整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控［4］。21150工作面井下控制中心布置在21150上順槽距工作面100～150m位置與設(shè)備列車一起，隨工作面推進(jìn)向前移動，分別控制工作面采煤機(jī)、前后刮板機(jī)、工作面液壓支架、轉(zhuǎn)載機(jī)。在工作面無線交換網(wǎng)絡(luò)平臺的支持下，通過三機(jī)集控主機(jī)，實(shí)現(xiàn)電牽引采煤機(jī)、電液支架主控制器、工作面輸送裝備的集中控制［5］（如圖3所示）。

4 工作面自動化程序及技術(shù)參數(shù)優(yōu)化

4.1 工作面自動化啟動程序

工作面設(shè)備啟動報(bào)警→啟動破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)→前、后刮板機(jī)→收護(hù)幫板→采煤機(jī)割煤→液壓支架成組跟機(jī)移架→成組推前溜→放頂煤→成組拉后溜。

4.2 技術(shù)參數(shù)優(yōu)化

自動化工作面采煤機(jī)、支架、刮板機(jī)的運(yùn)行、動作、狀態(tài)的時(shí)間和空間配合是否合理是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化的關(guān)鍵。通過對21150工作面大量試驗(yàn)和不斷摸索，使設(shè)備的各種工作性能得到充分發(fā)揮，達(dá)到了預(yù)期的技術(shù)要求。

1）采煤機(jī)技術(shù)參數(shù)。割煤速度為3.5m／min。

2）跟機(jī)自動化技術(shù)參數(shù)。以采煤機(jī)紅外線發(fā)射器對照的支架為基準(zhǔn)，其中前方第7架支架護(hù)幫板和伸縮梁開始收，采煤機(jī)后方第6架支架護(hù)幫板和伸縮梁開始伸，后方第5架支架開始自動移架，依次類推，實(shí)行跟機(jī)自動化割煤［6］。

3）自動移架參數(shù)。自動移架首架動作之前3s蜂鳴器報(bào)警，支架降架前柱壓力降至10MPa，后柱5MPa以下，計(jì)算機(jī)程序才允本架移架，目標(biāo)行程500mm。以此參數(shù)判斷是否已經(jīng)移架到位。升架以立柱壓力升至18MPa以上（立柱升柱的目標(biāo)壓力20MPa），鄰架作自動移架移。

4）成組推溜參數(shù)。動作范圍10架，動作組1組，組間延遲1s。

5）成組拉后溜參數(shù)。動作范圍10架，動作組1組，組間延遲2s。

6）支架自動放煤程序參數(shù)。6架為1組，隔架放煤，進(jìn)行成組動作，先進(jìn)行第1、3、5架，然后是2、4、6架成組動作，6架為1個(gè)循環(huán)，保證放煤量達(dá)80%以上。第一架執(zhí)行單架動作，待第一架放煤動作結(jié)束時(shí)（20s），第三架開始自動放煤動作，待第3架放煤動作結(jié)束時(shí)（20s），第5架開始自動放煤動作，待第5架放煤動作結(jié)束時(shí)（20s），第2架開始自動放煤動作，并重復(fù)單架動作，待第2架放煤動作結(jié)束時(shí)（20s），第4架開始自動放煤動作，并重復(fù)單架動作，待第4架放煤動作結(jié)束時(shí)（20s），第6架開始自動放煤動作，并重復(fù)單架動作，直至動作結(jié)束（20s），再進(jìn)行下一組放煤。

5 結(jié)語

1）自動化設(shè)備的應(yīng)用提高了設(shè)備開機(jī)率。自動化設(shè)備的實(shí)時(shí)工況監(jiān)控、智能故障診斷、工作面礦壓監(jiān)測等實(shí)用功能，讓井上井下都能隨時(shí)掌握關(guān)鍵部位的工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，杜絕了設(shè)備事故的發(fā)生，降低了設(shè)備運(yùn)行成本。

2）保證了職工的人身安全與工人勞動強(qiáng)度。SAC型電液系統(tǒng)的成組動作控制功能、支架跟隨采煤機(jī)自動控制功能以及安全操作功能等，實(shí)現(xiàn)了無人操作或遠(yuǎn)距離操作，保證了操作人員的人身安全。

［1］ 帥銀周.自動化綜采工作面的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用［J］.科技信息，2010（16）：335－336.

［2］ 錢佳濤.基于PLC的井下工作面自動化系統(tǒng)集成研究［J］.科技信息，2009（10）：293－294.

［3］ 趙雪雷，徐向東，李會義.王莊煤礦大采高自動化綜放工作面技術(shù)研究［J］.煤礦機(jī)械，2008（4）：155－156.

［4］ 夏護(hù)國.自動化綜采工作面技術(shù)應(yīng)用［J］.陜西煤炭，2007（1）：59－60.

［5］ 付國軍，楊明亮，許太山.綜采無人工作面的整體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法的構(gòu)想［J］.工礦自動化，2013（1）：39－42.

［6］ 賀海濤.綜采工作面自動化在神東礦區(qū)的實(shí)踐［J］.陜西煤炭，2009（2）：51－52.