武 潔

（大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司資源籌備處，山西 大同 037003）

隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，加上煤礦行業(yè)的快速發(fā)展，綜采工作面的自動(dòng)化、智能化升級(jí)改造已成為當(dāng)前企業(yè)考慮的重點(diǎn)方向。單一煤層綜采工作面自動(dòng)化開采技術(shù)在我國得到了廣泛成功應(yīng)用，但特厚煤層綜放智能工作面尚無成功案例。當(dāng)前特厚煤層主要采用放頂煤開采工藝，液壓支架控制系統(tǒng)主要以傳統(tǒng)的手動(dòng)控制方式為主；工作環(huán)境惡劣，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全隱患多等問題十分突出[1]。為此，同煤集團(tuán)結(jié)合同忻煤礦8202 工作面的實(shí)際工況特點(diǎn)，對(duì)同忻煤礦8202 工作面開展了以液壓支架電液控制為基礎(chǔ)的智能化遠(yuǎn)程控制技術(shù)的實(shí)踐與研究，從系統(tǒng)支架電液控制、機(jī)組控制等方面，對(duì)8202 工作面的智能化綜放開采控制系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和改造。

1 工作面基本情況分析

同忻礦8202 工作面采用綜采放頂煤開采工藝，煤層厚度平均15.26 m，工作面長度200 m，可采長度2 184.5 m。采用“四六制”作業(yè)，三班生產(chǎn)，一班檢修，每天開機(jī)約16 h，生產(chǎn)原煤0.033 Mt，小時(shí)產(chǎn)煤2 063 t。液壓支架選用型號(hào)為ZF15000/27.5/42型支撐掩護(hù)式低位放頂煤液壓支架，支架結(jié)構(gòu)高度2 750～4 200 mm； 采煤機(jī)選用艾柯夫SL500AC 型采煤機(jī)，總裝機(jī)功率1 715 kW，電壓3 300 V；前、后部刮板輸送機(jī)選用JTAFC1050 型刮板輸送機(jī)，總裝機(jī)功率均為2×1 050 kW，前部刮板輸送機(jī)中部槽槽寬1 m，運(yùn)輸能力2 500 t/h，后部刮板輸送機(jī)中部槽槽寬1.25 m 運(yùn)輸能力3 000 t/h[2]-[4]。工作面設(shè)備綜合開機(jī)率90%以上，大修周期3～5年，采用液壓支架電液控制系統(tǒng)、采煤機(jī)截割高度記憶系統(tǒng)、綜放工作面自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，可通過礦井和工作面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工作面設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控，通過順槽計(jì)算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制[5]-[6]。

2 工作面智能化綜放開采控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

結(jié)合同忻礦8202 工作面的實(shí)際情況，對(duì)其工作面的智能化綜放開采控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。整套控制系統(tǒng)主要包括工作面運(yùn)輸控制系統(tǒng)、采煤機(jī)控制系統(tǒng)、泵站控制系統(tǒng)、支架電液控制系統(tǒng)等部分組成。通過各分系統(tǒng)的相互協(xié)調(diào)控制，以及對(duì)工作面的相關(guān)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，能有效完成對(duì)工作面中設(shè)備的監(jiān)控與統(tǒng)一控制，實(shí)現(xiàn)整個(gè)工作面的智能化綜合控制，其結(jié)構(gòu)框架見圖1。在整套控制系統(tǒng)中，所有的相關(guān)系統(tǒng)分為三層，在完成對(duì)第一層各分系統(tǒng)信息檢測后，傳輸至第二層的順槽監(jiān)控中心進(jìn)行信息的匯總及分析處理；再將匯總信息傳輸至第三層平臺(tái)的調(diào)度指揮中心。工作人員可通過監(jiān)控終端平臺(tái)對(duì)工作面中設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)故障問題時(shí)，操作人員可及時(shí)采取保護(hù)措施，并將故障信息快速反饋給維修人員，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)工作面的遠(yuǎn)程監(jiān)控、大數(shù)據(jù)處理及信息及時(shí)反饋等功能，大大提高了井下工作面開采效率及作業(yè)安全。

圖1 綜放開采控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

2.2 關(guān)鍵分系統(tǒng)功能介紹

（1）支架電液控制系統(tǒng)

液壓支架控制的傳統(tǒng)方式是用手動(dòng)操縱閥在被控液壓缸的主液路直接進(jìn)行通斷切換，具有速度較慢，效率不高，操作勞動(dòng)量大，本架操作不安全，支架動(dòng)作控制難以規(guī)范等缺點(diǎn)。

為此，設(shè)計(jì)了一套能適用于8202 工作面綜放開采控制系統(tǒng)的支架電液控制系統(tǒng)。整套系統(tǒng)集成了控制、檢測、液壓等技術(shù)，主要包括液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等，可全面實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面液壓支架的全面監(jiān)測與控制。其中，液壓系統(tǒng)部分采用了當(dāng)前成熟的新型電液閥組控制技術(shù)。而電控系統(tǒng)部分則是將不同層次的嵌入控制技術(shù)融入于整套控制系統(tǒng)中，可通過多臺(tái)設(shè)備進(jìn)行多路網(wǎng)絡(luò)的分別控制，且各單元及模塊之間具有相互獨(dú)立的功能特點(diǎn)，能獨(dú)立完成對(duì)設(shè)備中各模塊的全面監(jiān)控及控制。另外，控制器是控制單元的核心，是一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)，內(nèi)部裝有操作軟件，配以人機(jī)交互界面，是員工操作的平臺(tái)。檢測環(huán)節(jié)則包括5 類8 種傳感器，分別為前柱壓力傳感器、后柱壓力傳感器、紅外線接收器、推移行程傳感器、護(hù)幫接近傳感器、傾角傳感器（主頂梁、掩護(hù)梁、尾梁）。

（2）機(jī)組控制系統(tǒng)

8202 工作面機(jī)組控制系統(tǒng)采用了德國艾柯夫公司生產(chǎn)的SL500 采煤機(jī)，供電電壓為3 300 V，最大采高5 240 mm，臥底量370 mm，過煤口高度760 mm，截割深度達(dá)800 mm，滾筒直徑2 300 mm，最大牽引速度可達(dá)30.9 m/min，總裝機(jī)功率為1 715 kW，其中截割功率為2×750 kW，牽引功率為2×90 kW，調(diào)度泵電機(jī)功率為35 kW。同時(shí)，在整套機(jī)組控制系統(tǒng)中，要求放頂煤液壓支架能遠(yuǎn)程成組協(xié)同控制，且采煤機(jī)必須具備的自動(dòng)化功能有：

①采煤機(jī)有傾角調(diào)整功能，以防止采煤機(jī)與支架干涉；并可顯示傾角值，當(dāng)傾角超過設(shè)定值時(shí)可報(bào)警。

②采煤機(jī)應(yīng)有定位系統(tǒng)功能，數(shù)據(jù)傳輸裝置要與支架的接收裝置相匹配，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)和支架的聯(lián)動(dòng)。

③采煤機(jī)應(yīng)配備四個(gè)視頻攝像系統(tǒng)，遠(yuǎn)程監(jiān)視滾筒截割情況，便于操作人員遠(yuǎn)程監(jiān)視和操作，并提供不同位置的安裝方案。

（3）泵站控制系統(tǒng)

8202 工作面的泵站控制系統(tǒng)主要包括噴霧泵、乳化液泵等部位。其中，噴霧泵站由5 臺(tái)噴霧泵和3個(gè)水箱組成，單臺(tái)泵的額定流量為320 L/min，功率為132 kW，公稱壓力12.5 MPa，柱塞數(shù)目為3 個(gè)，配套的清水箱單個(gè)有效容積為4 000 L。乳化液泵站則主要由4 臺(tái)乳化液泵和2 個(gè)乳化液箱組成，單臺(tái)泵的額定流量為400 L/min，功率為250 kW，公稱壓力31.5 MPa，柱塞數(shù)目為5 個(gè)，配套的乳化液箱單個(gè)有效容積為4 000 L。另外，工作面泵站采用集中自動(dòng)化控制，泵站系統(tǒng)能對(duì)泵站出口壓力、泵站油溫、泵站油位狀態(tài)、泵站電磁閥動(dòng)作情況、液箱液位、乳化油油箱油位等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)泵站系統(tǒng)的智能化全面監(jiān)測和控制。其整體結(jié)構(gòu)框架見圖2。

圖2 泵站控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

3 現(xiàn)場應(yīng)用評(píng)價(jià)

為進(jìn)一步驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的8202 工作面智能化綜放開采控制系統(tǒng)的綜合性能及實(shí)際效果，在完成地面調(diào)試和井下調(diào)試基礎(chǔ)上，進(jìn)行了將近2年的投產(chǎn)運(yùn)行，工作面移架噴霧系統(tǒng)現(xiàn)場見圖5。在運(yùn)行過程中，整個(gè)工作面累計(jì)推進(jìn)2 083.55 m，安全生產(chǎn)521 天，生產(chǎn)原煤15.65 Mt，平均日產(chǎn)30 000 t，日推進(jìn)度4.0 m，每米產(chǎn)量7 500 t。各設(shè)備工況良好，設(shè)備損壞率低，應(yīng)用效果較好。綜放工作面遠(yuǎn)程成組協(xié)同控制技術(shù)的工業(yè)性試驗(yàn)證明，控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)合理，控制系統(tǒng)各個(gè)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，控制系統(tǒng)功能滿足了綜放工作面自動(dòng)化采煤的要求。同時(shí)，該系統(tǒng)的應(yīng)用，也使得人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，采煤效率和作業(yè)安全性大大提升，為8202 工作面高產(chǎn)、高效提供了有力支撐和保證。

4 結(jié)語

將當(dāng)前先進(jìn)的智能化控制技術(shù)應(yīng)用到煤礦工作面的智能化改造中，以“物聯(lián)網(wǎng)整合、互聯(lián)網(wǎng)傳輸、數(shù)字化集成、可視化保障、程序化操作”為技術(shù)核心，實(shí)現(xiàn)智能化綜放開采控制系統(tǒng)在工作面的成功應(yīng)用，是當(dāng)前煤礦企業(yè)智能化技術(shù)改造的重要方向。為此，以同煤集團(tuán)同忻煤礦8202 工作面為研究對(duì)象，開展了該工作面的智能化綜放開采控制系統(tǒng)的總體方案及關(guān)鍵分系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究，并對(duì)該控制系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證。結(jié)果顯示，該工作面中安裝此控制系統(tǒng)后，整個(gè)工作面的煤炭開采效率及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)得到顯著提升，降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和井下事故發(fā)生概率，給企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，也受到了該工作面相關(guān)人員的一致好評(píng)。社會(huì)效益良好，值得在其他同類礦井工作面中推廣應(yīng)用。