孫智宇

(陜煤集團(tuán)神南產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司 機(jī)電設(shè)備管理中心，陜西 榆林 719300)

0 引言

采煤工作面是煤礦生產(chǎn)的最頂端，決定著礦井生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量。采煤工作面裝備和控制水平也是礦井現(xiàn)代化水平的標(biāo)志，因此備受關(guān)注。隨著采煤裝備機(jī)械化的普及，信息化、智能化也得到很大進(jìn)展，工作面集中控制的范圍、控制方式、智能化水平已成為行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的重點(diǎn)課題。

1 礦井地質(zhì)條件

陜煤集團(tuán)神南產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司礦區(qū)水文情況簡(jiǎn)單，屬于裂隙含水層充水為主的簡(jiǎn)單水文地質(zhì)條件。頂板有淋水，底板有滲水。礦井屬低瓦斯礦井、煤塵有爆炸危險(xiǎn)，煤有自然發(fā)火傾向。礦井采用綜合機(jī)械化長(zhǎng)壁采煤法一次采全高開(kāi)采，頂板管理采用全部垮落法。工作面走向長(zhǎng)度3 000～6 500 m，起伏角度不大于9°，一般3°～5°；工作面布置長(zhǎng)度300 m。工作面使用高產(chǎn)高效雙滾筒采煤機(jī)落煤，工作面設(shè)計(jì)生產(chǎn)原煤能力不小于4 000 t/h。順槽為寬5.5 m，高3.6 m的矩形斷面。環(huán)境溫度<25 ℃，相對(duì)空氣濕度97%，海拔不高于1 200 m。

2 工作面集中控制系統(tǒng)組成

礦井采煤工作面集中控制系統(tǒng)包含順槽控制中心和各子系統(tǒng)。子系統(tǒng)包括采煤機(jī)電控系統(tǒng)、三機(jī)控制系統(tǒng)、泵站控制系統(tǒng)、工作面通信控制系統(tǒng)和供電監(jiān)控系統(tǒng)等。

2.1 順槽控制中心

順槽控制中心由控制臺(tái)、無(wú)線遙控裝置組成?？刂浦行募刹擅簷C(jī)電控系統(tǒng)、三機(jī)控制系統(tǒng)、泵站控制系統(tǒng)和供電監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)通信控制系統(tǒng)將工作面所有設(shè)備聯(lián)系在一體，配合無(wú)線遙控裝置監(jiān)測(cè)、控制工作面設(shè)備。

2.2 采煤機(jī)電控系統(tǒng)

采煤機(jī)應(yīng)采用交流變頻電牽引方式拖動(dòng)，煤機(jī)調(diào)速范圍0～10 m/min；系統(tǒng)應(yīng)采用無(wú)線雙向遙控方式進(jìn)行控制，遙控分左右控制，遙控開(kāi)機(jī)受密碼保護(hù)；遙控器應(yīng)具有液晶顯示屏可以顯示采高、截割電流、牽引速度、破碎電流、牽引電流等參數(shù)；遙控器應(yīng)具有光標(biāo)/鼠標(biāo)功能，可以直接操作人機(jī)界面；遙控器應(yīng)根據(jù)不同權(quán)限設(shè)計(jì)成分體結(jié)構(gòu)或設(shè)置不同權(quán)限的電子秘鑰；遙控器應(yīng)具有開(kāi)機(jī)密碼保護(hù)，防止誤操作；系統(tǒng)應(yīng)具有完備的保護(hù)：漏電保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、缺相保護(hù)、短路保護(hù)、超溫保護(hù)、過(guò)欠壓保護(hù)、低油位保護(hù)、低水壓保護(hù)、極限位置保護(hù)，改造后保護(hù)功能不少于原機(jī)保護(hù)功能；采煤機(jī)應(yīng)具有采高檢測(cè)和煤機(jī)姿態(tài)檢測(cè)功能，可以檢測(cè)顯示采煤機(jī)的采高和煤機(jī)姿態(tài)；系統(tǒng)應(yīng)具有位置檢測(cè)功能，采煤機(jī)電控系統(tǒng)應(yīng)實(shí)時(shí)的檢測(cè)采煤機(jī)在工作面的位置；系統(tǒng)應(yīng)具有數(shù)據(jù)上傳和順槽遠(yuǎn)控功能，同時(shí)具備無(wú)線和有線功能，建議采用無(wú)線方式傳輸數(shù)據(jù)。采煤機(jī)的數(shù)據(jù)信息應(yīng)可以傳輸給順槽集控主機(jī)，用于顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，集控主機(jī)應(yīng)能夠下發(fā)采煤機(jī)的相關(guān)設(shè)置參數(shù)和控制命令，實(shí)現(xiàn)主機(jī)的遠(yuǎn)程設(shè)置和遠(yuǎn)程控制功能；系統(tǒng)應(yīng)具有啟動(dòng)語(yǔ)音預(yù)警功能。設(shè)備啟動(dòng)前，應(yīng)該先播報(bào)語(yǔ)音預(yù)警，然后再啟動(dòng)設(shè)備。語(yǔ)音播報(bào)應(yīng)采用漢語(yǔ)方式播報(bào)，宜與工作面通信系統(tǒng)聯(lián)通實(shí)現(xiàn)整個(gè)工作面的預(yù)警；采煤機(jī)應(yīng)具有智能割煤功能。采煤機(jī)可以自學(xué)習(xí)采煤機(jī)司機(jī)的操作，采煤機(jī)將按照學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)自動(dòng)開(kāi)始割煤。采煤機(jī)在自動(dòng)化割煤過(guò)程中，采煤機(jī)司機(jī)可以通過(guò)無(wú)線遙控器對(duì)其進(jìn)行修正，采煤機(jī)電控系統(tǒng)將自動(dòng)記錄修正數(shù)據(jù)。采煤機(jī)應(yīng)與三機(jī)聯(lián)動(dòng)。在自動(dòng)模式時(shí)，采煤機(jī)與刮板機(jī)聯(lián)鎖，當(dāng)刮板機(jī)啟動(dòng)后，采煤機(jī)才能啟動(dòng)牽引，當(dāng)刮板機(jī)停車(chē)時(shí)，采煤機(jī)停止?fàn)恳．?dāng)刮板機(jī)電流大于設(shè)定值時(shí)，采煤機(jī)自動(dòng)降速，當(dāng)刮板機(jī)電流大于過(guò)載值時(shí)，直接停止采煤機(jī)牽引。采煤機(jī)與泵站聯(lián)動(dòng)功能。當(dāng)采煤機(jī)啟動(dòng)時(shí)，噴霧泵才能運(yùn)行，當(dāng)采煤機(jī)停止后，可根據(jù)時(shí)間設(shè)定要求噴霧泵進(jìn)行停機(jī)。

2.3 三機(jī)控制系統(tǒng)

三機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)具有控制變頻刮板機(jī)、高低速刮板機(jī)和TTT刮板機(jī)的功能，也可以控制綜放型三機(jī)；系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)刮板機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)的就地控制、控制臺(tái)控制；系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)線遙控控制，在整個(gè)工作面和順槽，都能使用遙控器控制三機(jī)啟停；刮板機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)的啟動(dòng)、停止都有完備的語(yǔ)音預(yù)警。系統(tǒng)能夠動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)刮板機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)和破碎機(jī)的電機(jī)運(yùn)行參數(shù)和齒輪箱的冷卻水溫度、冷卻水壓力等參數(shù)，相關(guān)需要的傳感器由集控系統(tǒng)自帶，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)冷卻系統(tǒng)的報(bào)警保護(hù)和停機(jī)保護(hù)等功能；刮板機(jī)應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)張緊控制，可以根據(jù)設(shè)定的停車(chē)張緊力和運(yùn)行張緊力動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)張緊油缸的伸縮，保證張緊力與設(shè)定值匹配；變頻刮板機(jī)應(yīng)具有多種調(diào)速控制模式—可實(shí)現(xiàn)控制臺(tái)設(shè)定轉(zhuǎn)速、刮板機(jī)就地調(diào)速、地面調(diào)度調(diào)速功能；變頻刮板機(jī)應(yīng)具有自動(dòng)調(diào)速控制—控制系統(tǒng)可以根據(jù)采煤機(jī)的截割滾筒的電流和牽引速度的大小動(dòng)態(tài)控制刮板機(jī)的運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)刮板機(jī)的自動(dòng)調(diào)速，節(jié)省能源，降低刮板機(jī)的機(jī)械磨損；集控系統(tǒng)應(yīng)能夠顯示變頻器內(nèi)部的所有狀態(tài)，記錄變頻器的故障信息和電流信息。

2.4 泵站控制系統(tǒng)

集控主機(jī)應(yīng)具有泵站控制裝置主控的功能；系統(tǒng)應(yīng)能控制卡馬特、雷波的工頻泵站和變頻泵站；液壓泵站應(yīng)可以在泵站設(shè)備列車(chē)和集控臺(tái)處使用遙控器操控；系統(tǒng)應(yīng)具有泵站運(yùn)行時(shí)間均衡控制功能。系統(tǒng)能夠動(dòng)態(tài)控制液壓泵站的運(yùn)行時(shí)間，保證每臺(tái)泵的運(yùn)行時(shí)間基本相等以達(dá)到泵的運(yùn)行壽命均衡。系統(tǒng)應(yīng)能檢測(cè)總管壓力，并根據(jù)設(shè)置的壓力值自動(dòng)控制變頻器轉(zhuǎn)速和電子卸載閥的動(dòng)作，保證系統(tǒng)壓力在一定范圍內(nèi)恒定；系統(tǒng)應(yīng)具有自動(dòng)欠壓?jiǎn)?dòng)功能，當(dāng)泵站系統(tǒng)壓力過(guò)低時(shí)，泵站控制系統(tǒng)將根據(jù)欠壓值逐臺(tái)啟動(dòng)就緒狀態(tài)泵站，補(bǔ)償總管壓力；系統(tǒng)應(yīng)具有空載停泵功能，當(dāng)工作面需液量較小時(shí)，泵站空載時(shí)間到達(dá)設(shè)定值，控制系統(tǒng)自動(dòng)的切除低優(yōu)先級(jí)泵站，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能和減少泵站的磨損。泵站控制分站應(yīng)設(shè)置有閉鎖按鈕，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)或認(rèn)為禁止某臺(tái)泵站運(yùn)行時(shí)，可以直接按下該泵站上的閉鎖按鈕，禁止泵站運(yùn)行；系統(tǒng)應(yīng)具有故障泵站的自動(dòng)投切功能。泵站系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中某臺(tái)泵發(fā)生停車(chē)類(lèi)故障(包括泵站本機(jī)閉鎖)，控制系統(tǒng)能夠自動(dòng)停止故障泵并啟動(dòng)就緒狀態(tài)的液壓泵站。系統(tǒng)應(yīng)具有爆管檢測(cè)功能，當(dāng)總管壓力低于設(shè)定值并且延遲時(shí)間超過(guò)設(shè)定值時(shí)，泵站控制系統(tǒng)應(yīng)緊急停車(chē)并報(bào)警。系統(tǒng)應(yīng)具有自動(dòng)補(bǔ)液功能，可根據(jù)液位狀態(tài)、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償液箱中的液位；系統(tǒng)應(yīng)具有對(duì)泵站油、水和液箱完整的傳感器保護(hù)，泵站應(yīng)具有潤(rùn)滑油壓力低保護(hù)，潤(rùn)滑油過(guò)溫保護(hù)、吸液口壓力過(guò)低保護(hù)、液箱超溫保護(hù)、乳化油液位低保護(hù)、乳化液低保護(hù)、水位低保護(hù)；系統(tǒng)應(yīng)具有與工作面內(nèi)閉鎖關(guān)聯(lián)功能：在按下工作面內(nèi)泵站的閉鎖后系統(tǒng)應(yīng)能禁止泵站的啟動(dòng)；系統(tǒng)應(yīng)具有泵站的啟停車(chē)語(yǔ)音預(yù)警和通話：泵站沿線需設(shè)置擴(kuò)音電話，液壓泵站啟動(dòng)時(shí)，控制臺(tái)和整個(gè)工作面都應(yīng)播報(bào)啟動(dòng)預(yù)警信號(hào)。液壓泵站沿線應(yīng)能直接與控制臺(tái)和工作面進(jìn)行通話；噴霧泵站應(yīng)具有與采煤機(jī)運(yùn)行關(guān)聯(lián)功能，采煤機(jī)啟動(dòng)截割滾筒時(shí)，噴霧泵自動(dòng)開(kāi)啟，在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，需保證系統(tǒng)的安全性。采煤機(jī)滾筒關(guān)閉時(shí)，噴霧泵會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。

2.5 供配電監(jiān)控系統(tǒng)

供配電監(jiān)控系統(tǒng)主控模塊直接與移變、組合開(kāi)關(guān)、磁力啟動(dòng)器和照明綜保等數(shù)字礦山模塊通信，控制各回路的通斷，并讀取設(shè)備的狀態(tài)，進(jìn)行集中顯示和數(shù)據(jù)上傳；主控模塊可實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)視、無(wú)線及有線遠(yuǎn)程控制(包括操作、整定、復(fù)位、底層設(shè)備具備功能的停、送電等)。

2.6 通信控制系統(tǒng)

工作面集控主機(jī)應(yīng)具有閉鎖、通話、預(yù)警系統(tǒng)的主控功能；系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)控制臺(tái)和綜采工作面語(yǔ)音全覆蓋，工作人員可以就近通話；三機(jī)、泵站、采煤機(jī)等設(shè)備啟動(dòng)和故障語(yǔ)音報(bào)警能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)工作面的全覆蓋；系統(tǒng)應(yīng)能夠播報(bào)各種語(yǔ)音預(yù)警及故障，具體需要播報(bào)至某臺(tái)支架進(jìn)行了閉鎖，例如能夠播報(bào)“xx號(hào)支架閉鎖”、“采煤機(jī)上電”、“采煤機(jī)左截割啟動(dòng)”、“采煤機(jī)泵電機(jī)啟動(dòng)”、“xx號(hào)乳化泵啟動(dòng)”、“乳化液系統(tǒng)爆管”等，并且能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的需要靈活編輯；系統(tǒng)應(yīng)能夠通過(guò)連接井下程控電話網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度室對(duì)工作面沿線全局廣播，能夠直接與調(diào)度通話；系統(tǒng)應(yīng)具有閉鎖關(guān)聯(lián)功能，系統(tǒng)可以將沿線閉鎖關(guān)聯(lián)到系統(tǒng)中的其他設(shè)備上，例如：采煤機(jī)、三機(jī)、泵站、順槽膠帶機(jī)；閉鎖、電話模塊內(nèi)部控制單元宜采用模塊化結(jié)構(gòu)、模塊膠封；閉鎖應(yīng)該能夠顯示發(fā)生的位置，閉鎖模塊發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)能夠顯示，閉鎖模塊發(fā)生故障時(shí)，閉鎖系統(tǒng)仍然能夠可靠停車(chē)；電話的擴(kuò)音音量應(yīng)>100 dB。

3 工作面集中控制系統(tǒng)要求

3.1 通信方式

要求所有傳感器配置屏蔽電纜到各分站控制器，各分站控制器到主控制器采用通訊方式傳輸信號(hào)。所有控制纜線的連接采用快速插頭。

3.2 工作模式

集控系統(tǒng)應(yīng)具有協(xié)同工作模式：各子系統(tǒng)可以獨(dú)立工作，又接受相互關(guān)聯(lián)信號(hào)協(xié)同工作。

3.3 設(shè)備防護(hù)等級(jí)

控制臺(tái)、電話等宜采用不銹鋼外殼，防護(hù)等級(jí)IP65。

3.4 數(shù)據(jù)處理

所有設(shè)備都具有集控中心集中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、拷貝，拷貝要方便、快捷，并對(duì)設(shè)備開(kāi)、停機(jī)記錄及運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)間不低于兩個(gè)月。

4 結(jié)語(yǔ)

陜煤集團(tuán)神南產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司礦井采煤工作面集中控制系統(tǒng)包含順槽控制中心和各子系統(tǒng)。子系統(tǒng)包括采煤機(jī)電控系統(tǒng)、三機(jī)控制系統(tǒng)、泵站控制系統(tǒng)、工作面通信控制系統(tǒng)、無(wú)線遙控系統(tǒng)和供電監(jiān)控系統(tǒng)等。在順槽控制中心實(shí)現(xiàn)了采煤工作面所有設(shè)備的集中控制，達(dá)到了減人提效，安全生產(chǎn)的目的。