閻 偉

（山西西山煤電福利有限公司，山西 太原 030053）

傳統(tǒng)煤炭綜采工作面設(shè)備生產(chǎn)廠家不同，各廠家生產(chǎn)標準不同，工作面所有設(shè)備無法進行系統(tǒng)性運作，尤其在綜采工作面設(shè)備整體調(diào)試過程中，不同廠家的設(shè)備接口不同、協(xié)議不同造成整體智能化水平不高，無法實現(xiàn)高效自動化生產(chǎn)。馬蘭礦18509 綜采工作面原有的綜采機械設(shè)備控制方式不統(tǒng)一，多為人工操作，沒有進行綜采工作面設(shè)備系統(tǒng)性協(xié)調(diào)控制，沒有發(fā)揮出設(shè)備應有的工作效率。為此，推進整個采煤過程中少人值守的智能化安全高效生產(chǎn)具有非常重要的意義。

1 智能化綜采配套設(shè)備研究

綜采配套設(shè)備智能化是對煤礦開采過程中的各種信息協(xié)同處理，將單獨的設(shè)備進行系統(tǒng)化控制，提高綜采工作面環(huán)境的安全可靠性，從而提升開采效率，達到預定的生產(chǎn)目標。

綜采配套設(shè)備智能化技術(shù)框圖如圖1。從煤礦開采工藝、設(shè)備性能等各方面考慮，將原始的各單機設(shè)備獨立運行改變?yōu)樵诰C采工作面各單機層級上建立一個以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡層，進行單機數(shù)據(jù)交換，集中控制，對各單機設(shè)備進行系統(tǒng)級調(diào)配，建立綜采工作面遠程協(xié)同調(diào)度控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對綜采工作面設(shè)備的統(tǒng)一協(xié)調(diào)調(diào)度。通過添加單機感知元件，配備數(shù)據(jù)接收與發(fā)送的底層以太網(wǎng)設(shè)備，構(gòu)造以太網(wǎng)通信系統(tǒng)，同時由遠程監(jiān)控系統(tǒng)作為主控中心進行協(xié)調(diào)調(diào)度[1-3]。

圖1 綜采配套設(shè)備智能化技術(shù)框圖

智能化綜采工作面配套系統(tǒng)是以采煤機、液壓支架、刮板機的智能化系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合工業(yè)監(jiān)控自動化系統(tǒng)組成，如圖2。智能化綜采工作面是將原有的各設(shè)備獨立工作狀態(tài)通過以太網(wǎng)進行配合，作為整體出煤系統(tǒng)進行設(shè)計，實現(xiàn)綜采工作面的破煤、落煤、運煤等生產(chǎn)過程。系統(tǒng)可以依據(jù)模擬人工進行系統(tǒng)自學習自動控制，通過專家系統(tǒng)模式對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行綜合分析，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)分析，將綜采工作面環(huán)境參數(shù)、設(shè)備參數(shù)進行分析，實現(xiàn)綜采工作面配套設(shè)備系統(tǒng)的協(xié)同調(diào)度，提高對生產(chǎn)環(huán)境的適應性，實現(xiàn)煤機高效控制[4]。

圖2 智能化綜采工作面集中控制系統(tǒng)構(gòu)成

2 智能綜采工作面生產(chǎn)模式

2.1 現(xiàn)場指揮協(xié)同和集中控制結(jié)合模式

采煤機、液壓支架、刮板輸送機智能控制系統(tǒng)建立以后，工作人員可以實地通過下位機系統(tǒng)對綜采工作面設(shè)備智能化參數(shù)進行低級別修改，保證系統(tǒng)可控運行；通過各設(shè)備上的傳感器以及數(shù)據(jù)采集設(shè)備，實時將設(shè)備信息發(fā)送到控制中心，控制中心通過以太網(wǎng)進行設(shè)備遠程監(jiān)控，實現(xiàn)控制中心遠程控制，指揮單機設(shè)備運轉(zhuǎn)[5]。

2.2 智能自動控制模式

各設(shè)備通過智能控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)全自動模式，實現(xiàn)遠程控制啟停等功能。自動控制包括：通過一鍵啟動可以將各綜采工作面上的設(shè)備啟動，實現(xiàn)全自動啟動功能。一鍵停機：可以通過遠程控制進行自動化設(shè)備停止功能。急停：綜采工作面出現(xiàn)狀況時，實現(xiàn)緊急停止。當工作面設(shè)備運行出現(xiàn)故障，工作人員可以進行就地處理，保證設(shè)備的有序運行[6]。

3 智能化綜采工作面控制技術(shù)的應用

通過對馬蘭礦18509 工作面配套機械設(shè)備進行研究，基于原有的控制技術(shù)，以實現(xiàn)智能化綜采為目標，達到配套設(shè)備的合理化設(shè)計以及可持續(xù)發(fā)展的要求，為實現(xiàn)“機械化換人、自動化減人、智能化少人”目標邁進。

3.1 綜采配套設(shè)備選型

智能化綜采工作面設(shè)備的配置對于智能化的實現(xiàn)十分重要，本文智能控制系統(tǒng)中選定的配套設(shè)備有中部支架、端頭支架、過濾支架、轉(zhuǎn)載機、采煤機、刮板輸送機，配套設(shè)備的選型及需求數(shù)量見表1。

表 1 智能化綜采工作面配置表

3.2 智能化采煤機

采用MG900/2245-GWD 型采煤機，通過調(diào)節(jié)參數(shù)與刮板機參數(shù)進行協(xié)同，提高采高精度和牽引速度并進行自動調(diào)整，調(diào)整浮動精度控制在2 cm之內(nèi)。通過采煤機與刮板機之間的聯(lián)動，構(gòu)成閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，確保設(shè)備運行安全以及達到生產(chǎn)精度，從而達到智能化控制效果。

3.3 三機系統(tǒng)通訊

三機系統(tǒng)指綜采工作面的采煤機、刮板輸送機和液壓支架三部分。 根據(jù)工業(yè)通訊規(guī)則，三機之間采用MODBUS 協(xié)議，實現(xiàn)互相通訊，并且通過RS485 通訊實現(xiàn)遠程控制，實時遠程監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)[7]。

3.4 大運量運輸系統(tǒng)

18509 工作面對刮板輸送機進行智能化升級，實現(xiàn)刮板機、轉(zhuǎn)載機以及帶式輸送機參數(shù)匹配，通過智能化調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)化運輸負荷平衡。對于后續(xù)的破碎工作，設(shè)置多級破碎系統(tǒng)，同時與調(diào)速系統(tǒng)配合，破碎化程度高，避免了運輸過程中的擁堵問題。在提高生產(chǎn)效率的同時，降低了生產(chǎn)的不安全因素，提高了工人的安全保障[8]。

3.5 頂煤液壓支架

根據(jù)公式估算，確定支護強度≥1.5 MPa，工作阻力為20 000 kN。采用整體頂梁加伸縮梁的方案，前部采用二級護幫機構(gòu)，通過液壓聯(lián)動，更好的貼合煤壁。支架頂梁采用雙層U 型板加固，多傳感器識別技術(shù)控制系統(tǒng)，優(yōu)化控制支護系統(tǒng)運動。支架姿態(tài)通過感知自適應系統(tǒng)，提高支架支護能力[9-10]。

4 結(jié)語

智能化綜采工作面在實際煤礦項目中已經(jīng)得到驗證，并獲得了很好的效果。綜采工作面智能技術(shù)是保障煤炭開采安全的重要手段，也是工業(yè)4.0 趨勢的必然要求。智能化綜采工作面的研發(fā)，實現(xiàn)了由人工作為主要勞動力向機電智能化的發(fā)展，大幅度提高了開采工作效率。同時，智能化新技術(shù)也增強了煤礦生產(chǎn)的安全性，為實現(xiàn)“機械化換人、自動化減人、智能化少人”目標邁出了堅實的一步。