楊維維，王靜冬，楊家祥，鐘方敏

（寧波建新趙氏科技有限公司，浙江寧波 315600）

0 引言

綜采工作自動化發(fā)展可提升采礦生產(chǎn)效率，并在特定管理軟件下提高管理精度，最大程度激發(fā)出自動化設備效果，實現(xiàn)高效開采。但在現(xiàn)階段綜采工作面生產(chǎn)中，存在管理手段落后、定員多等問題，需借助適宜管理軟件展開針對性應對，實現(xiàn)無人值守，緩解綜采生產(chǎn)與管理質量間的不協(xié)調問題。因此，需根據(jù)綜采工作面自動化要求優(yōu)化設備型號，協(xié)調硬件與軟件，提高綜采效率。

1 綜采工作面自動化設備選型

根據(jù)綜采工作面自動化標準及開采規(guī)劃展開自動化設備選型，需按綜采工作面的產(chǎn)量至少1.1 Mt/a展開設計，應結合實際工作面標準參數(shù)及地質條件進行選擇，使自動化設備型號與工作面生產(chǎn)情況相匹配。在實際選擇過程中，應選擇先進可靠且技術成熟的設備，以提高開機率，實現(xiàn)安全高效生產(chǎn)。

采煤機可選用7LS6C-LWS638型號，生產(chǎn)能力可達4000 t/h，截割深度為865 mm，最大牽引速度為21 m/min，滾筒直徑為2200 mm；轉載機選用PF4/1332型號，運輸能力3000 t/h，鏈速為1.32 m/s；刮板輸送機選用PF4/1132型號，運輸能力2500 t/h，鏈速為1.28 m/s；破碎機為SB0912U型號，破碎能力可達3000 t/h，液壓支架選擇ZY12000/20型號，初撐力可達25.2 MPa，可在2000～4000 mm支護高度范圍內應用；乳化液泵可選擇K35055M型號，額定壓力37.5 MPa，額定流量439 L/min；噴霧泵站可選用K160065M型號，額定壓力14.3 MPa，額定流量522 L/min。

除自動化主要設備選型外，應結合上述設備參數(shù)選擇聯(lián)動控制器，實現(xiàn)高速率動作指令發(fā)送，可選用S7-300系列聯(lián)動控制器，共包括CPU317-2PN/DP型號CPU、模擬量輸入輸出模塊及24 V開關電源，其中CPU運算速度可達1μs，且具有DP接口，可與自動化設備相連接完成系統(tǒng)通信。傳感器主要為完成信號采集及傳遞，采煤機傳感器可選用HEDS-5540型號，以滿足采煤機運行需要；液壓支架傳感器選用SLM211型號；刮板輸送機選用GLD200電機電流傳感器，便于完成信號轉換，將綜采工作面自動化設備連接，提高自動化系統(tǒng)運行效率。

2 綜采工作面自動化管理軟件開發(fā)

2.1 軟件組成

為提高綜采工作面管理質量，緩解定員多等現(xiàn)存問題，管理軟件的開發(fā)可從資料管理、生產(chǎn)管理、檢修管理、成本管理、考核管理、檔案管理等方面構建。

（1）資料管理。主要包括井下作業(yè)信息數(shù)據(jù)等，將設備說明書等綜采工作面相關內容集中至管理軟件內，便于后續(xù)查閱與管理；生產(chǎn)管理主要表現(xiàn)為綜采工作面生產(chǎn)示意圖自動化繪制及展現(xiàn)，可直觀地了解工作面產(chǎn)量情況，其主要內容包括每班情況、班次人員、工作面設置、生產(chǎn)曲線、示意圖更新等，便于了解工作面真實情況，大幅提高管理效果。

（2）檢修管理。主要包括檢修作業(yè)設計、檢修反饋、設備更換、油脂管理等，當自動化設備內缺乏油脂或存在運行異常時，則自動發(fā)出聲光預警，便于第一時間進行處理，防止對綜采工作面作業(yè)造成影響。

（3）成本管理。主要包括物料名稱、入井數(shù)量、消耗數(shù)量、規(guī)格型號、攜帶班組等，是井下作業(yè)生產(chǎn)資源集中整合，主要為自動化繪制材料報表，了解井下作業(yè)異常消耗，經(jīng)分析處理后降低材料損耗，彌補井下生產(chǎn)缺陷。

（4）考核管理。主要為激發(fā)井下作業(yè)班組生產(chǎn)效率，從制度顯示、班組考核、個人工分方面展開設計，主要為明確綜采工作面生產(chǎn)指標，借助考核提升作業(yè)人員工作積極性，為薪酬、晉升提供依據(jù)。

（5）檔案管理。主要包括機電事故、工傷事故、人員調動等內容，將綜采工作面事故原因及處理方案整合，并詳細記錄班組人員調動情況、做到有跡可查，提高綜采工作面管理的可追溯性。

2.2 總體結構

綜采工作面自動化設備包括刮板輸送機、采煤機、液壓支架等，現(xiàn)階段大部分煤礦作業(yè)均采用雙滾筒電牽引采煤機，采煤機固定于輸送機導軌，完成自動化電機牽引，并借助雙滾筒完成煤層截割，而輸送機作為工作面落煤運輸設備，可在電機牽引下將煤炭運輸并卸載至指定位置。在煤炭運輸過程中，頂板支護由液壓支架負責，可在一定程度上規(guī)避矸石墜落問題，且可使采煤機、輸送機保持同步運行狀態(tài)[1]。

綜采工作面實現(xiàn)自動化控制時，可包括巷道監(jiān)控、遠程監(jiān)控、設備控制等，在以太網(wǎng)通信下完成井下信號調度與實時監(jiān)測，并將井下作業(yè)情況存儲至計算機終端，便于后續(xù)數(shù)據(jù)資源整合。巷道監(jiān)控主要負責井下煤炭運輸調度，在視頻監(jiān)控下完成參數(shù)控制，向液壓支架、輸送機等設備傳遞控制指令，并在隔爆電源應用下穩(wěn)定電壓源。設備控制主要為協(xié)調各自動化設備，對設備進行綜合控制。自動化系統(tǒng)可通過控制器、傳感器解決設備間的協(xié)調問題，可根據(jù)實際綜采需求進行設備啟閉，在反饋信號顯示下展開自動進行工作面作業(yè)[2]。

2.3 關鍵設備開發(fā)

（1）液壓支架。作為綜采工作面自動化系統(tǒng)的重要組成部分，液壓支架在電液控制基礎上實現(xiàn)自動化。液壓支架均由特定控制器展開運行控制，對液壓支架運行過程展開監(jiān)控，且自動化系統(tǒng)內各液壓支架設備以控制器為中樞實現(xiàn)相互通信，繼而構成液壓支架組網(wǎng)，而各液壓支架相應的控制器則由干線電纜連接，形成控制器網(wǎng)絡。此外，各液壓支架控制器可在機載傳感器應用下展開參數(shù)監(jiān)測，并借助電液閥控制液壓支架，傳感器由紅外線接收器、行程傳感器、壓力傳感器構成。其中，紅外線接收器主要為監(jiān)測采煤機運行方向及具體位置，行程傳感器用以監(jiān)測千斤頂情況，壓力傳感器則用以監(jiān)測下腔液壓力，以此構成液壓支架的自動化體系，與其他自動化設備在干線電纜連接下構成組網(wǎng)系統(tǒng)[3]。

（2）采煤機。電控箱為采煤機自動化的核心，電控箱在綜采工作面自動化體系內可監(jiān)測采煤機各部件電機運行數(shù)據(jù)，并第一時間將采煤機運行情況傳輸至中控中心，便于自動化系統(tǒng)管理人員根據(jù)井下作業(yè)情況調整任務計劃，以此完成綜采工作面采煤機液壓系統(tǒng)與電機的精準化控制。采煤機運行情況的監(jiān)測同樣需在傳感器支持下展開數(shù)據(jù)監(jiān)測與信號采集，從采煤機傾角、搖臂、變頻器溫度、電機溫度、油箱油溫等方面了解采煤機性能，并使采煤機維持割煤記憶狀態(tài)，在最小人為干預下完成煤層截割。為進一步保障采煤機自動化水平，應在采煤機設備上設定角度傳感器與齒輪傳感器，數(shù)量分別為4個、2個，其中角度傳感器主要為監(jiān)測采煤機搖臂升降角度、機身橫向角度、機身縱向角度，而齒輪傳感器則為監(jiān)測牽引齒輪轉速情況，將手動截割狀態(tài)下的數(shù)據(jù)進行收集與存儲，輸入自動化系統(tǒng)內，將其作為自動截割狀態(tài)的數(shù)據(jù)基礎，以此保障綜采工作面自動化系統(tǒng)實際運行效果。

（3）泵站。泵站系統(tǒng)在綜采工作面內主要包括噴霧泵站系統(tǒng)與乳化液泵站系統(tǒng)，為噴霧降塵系統(tǒng)、采煤機搖臂升降、液壓支架升降提供乳化液或動力，為保障泵站自動化運行效果，需由增壓泵、電機、乳化液泵、蓄能器共同作用下構成泵站系統(tǒng)。乳化液泵站主要以BARTEC電控系統(tǒng)為核心展開自動化控制，在BARTEC電控系統(tǒng)應用下可對泵站及電機的油溫、壓力、管路壓力、油位進行自動化監(jiān)測，以此為依據(jù)啟閉泵站；而噴霧泵站系統(tǒng)以柱塞泵為核心，主要為提高綜采工作面生產(chǎn)安全性，由電機控制柱塞泵，噴霧泵站系統(tǒng)配備蓄能器、增壓泵、水箱，該泵站系統(tǒng)同樣以BARTEC電控系統(tǒng)為基礎實現(xiàn)自動化。由此可見，綜采工作面自動化泵站系統(tǒng)均在BARTEC電控系統(tǒng)輔助下實現(xiàn)，可對井下作業(yè)現(xiàn)場泵站展開實時監(jiān)測，了解其工作狀態(tài)與運行數(shù)據(jù)，若存在泵站異常情況，可自動發(fā)出泵站異常預警，全面保障綜采工作面管理質量。

3 綜采工作面自動化實踐效果分析

將自動化管理軟件應用到綜采工作面實踐后，井下作業(yè)班組管理效率極大提高，進一步推動了現(xiàn)場無人值守發(fā)展進程，定員多等不良問題有所緩解，縮短了設備排查時間，并對傷害事故起到一定抑制作用，推動了綜采管理的信息化發(fā)展進程。

從自動化系統(tǒng)角度來看，液壓支架自動化網(wǎng)絡可根據(jù)實際管理需要選擇自動控制或手動控制模式，以此完成液壓支架降柱、移架、升柱調控，同時可通過中控中心了解采煤機推進速度，以采煤機運行情況為依據(jù)展開液壓支架移架、推溜操作。除此之外，電液自動控制可對已卸載液壓支架進行自動補壓。采煤機在電控箱記憶截割功能應用下可實現(xiàn)自動化煤層截割，且可在此過程中根據(jù)受力情況調節(jié)截割深度與高度，自動化效果較好，無需過多人力即可完成自動化采煤機運行。以BARTEC電控系統(tǒng)為核心的自動化泵站系統(tǒng)實現(xiàn)了泵站集中監(jiān)測與調控，可根據(jù)綜采工作面運行情況啟閉泵站，并將泵站運行數(shù)據(jù)傳輸至主控臺，自動化系統(tǒng)管理人員可根據(jù)LCD顯示屏顯示內容管理泵站，極大提高綜采工作面管理效率與質量。

4 結束語

綜采工作面自動化設備選型應秉承先進可靠的原則，對現(xiàn)有性能不佳設備進行更換，為緩解管理質量問題，應從軟件組成、總體結構、關鍵設備角度展開自動化管理軟件開發(fā)，加強液壓支架、采煤機、泵站三個關鍵設備的自動化水平，將自動化設備與管理軟件應用到實踐中發(fā)現(xiàn)，效果顯著，不僅促進了綜采工作面自動化水平，更提高了管理質量與自動化水平。