祁世龍

（陽煤集團(tuán)壽陽開元礦業(yè)有限責(zé)任公司，晉中 壽陽 045400）

隨著綜采作業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，煤礦井下的綜采機(jī)械設(shè)備不斷增多，為了滿足新增機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行需求，在不同的綜采段采用了不同的綜采工藝，雖然整體上煤礦綜采的機(jī)械化水平得到了提升，但由于綜采采用了孤島作業(yè)，并未形成統(tǒng)一的聯(lián)合運(yùn)行控制模式，各種設(shè)備運(yùn)行時(shí)無法自動(dòng)調(diào)整，而且人工調(diào)整的速度慢、精度差、效率低，導(dǎo)致煤礦井下的作業(yè)人員數(shù)量和綜采經(jīng)濟(jì)性并未得到實(shí)質(zhì)性的提升，無法滿足煤礦井下智能化綜采作業(yè)的需求[1]。

本文通過結(jié)合煤礦井下的實(shí)際需求，從提升煤礦井下綜采作業(yè)安全性和經(jīng)濟(jì)性的角度出發(fā)，提出了一種新的煤礦井下無人化綜采作業(yè)技術(shù)，建立了井下智能化綜采控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對井下綜采作業(yè)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)運(yùn)行控制。

1 煤礦井下智能化控制系統(tǒng)

以煤礦井下綜采面為例，其常用的機(jī)械設(shè)備主要包括采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、泵站等。在綜采作業(yè)過程中，需要這些設(shè)備進(jìn)行相互配合，才能滿足綜采作業(yè)的安全性需求，為了實(shí)現(xiàn)對井下綜采作業(yè)設(shè)備的聯(lián)合運(yùn)行控制，根據(jù)井下綜采作業(yè)流程，提出了一種新的智能聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)，其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示[2]。

由圖1可知，采煤機(jī)智能控制系統(tǒng)的核心是將各類綜采設(shè)備的控制系統(tǒng)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)綜采數(shù)據(jù)的共享，為實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)運(yùn)行控制奠定了基礎(chǔ)。該系統(tǒng)的模塊化程度高，且采用了開放式的通信接口，能夠根據(jù)不同煤礦的實(shí)際需求進(jìn)行組合，具有極高的擴(kuò)展性。

圖1 采煤機(jī)智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 各模塊功能分析

該控制系統(tǒng)主要包括支架主控計(jì)算機(jī)、輸送機(jī)控制器、采煤機(jī)控制器、負(fù)荷中心、三機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、綜采面控制器、系統(tǒng)集成主機(jī)等模塊，各個(gè)模塊間相互配合，共同確保煤礦井下綜采作業(yè)的順利進(jìn)行。

支架主控計(jì)算機(jī)主要對液壓支架的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行井下監(jiān)測和分析，并將監(jiān)測結(jié)果反饋給智能控制系統(tǒng)，系統(tǒng)再結(jié)合采煤機(jī)和液壓支架的相對位置，發(fā)出對應(yīng)的調(diào)節(jié)控制指令，支架主控計(jì)算機(jī)接收到控制指令后，對支架的支護(hù)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足液壓支架隨采煤機(jī)自動(dòng)調(diào)整的需求[3]。

采煤機(jī)控制器主要由各類監(jiān)測傳感器和控制系統(tǒng)構(gòu)成，主要用于對采煤機(jī)的截割作業(yè)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)在控制系統(tǒng)中還設(shè)置有記憶截割控制邏輯，使采煤機(jī)能夠按預(yù)定的截割邏輯進(jìn)行自主截割作業(yè)。系統(tǒng)將監(jiān)測到的采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和位置信息傳輸?shù)街悄芸刂浦行?，以作為調(diào)整液壓支架和刮板輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的依據(jù)。同時(shí)，控制器能夠根據(jù)控制中心反饋的控制信號來調(diào)整采煤機(jī)的運(yùn)行情況，從而實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)的智能聯(lián)動(dòng)控制。

井下“三機(jī)”監(jiān)控系統(tǒng)主要用于對液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的聯(lián)合監(jiān)測。泵站集控系統(tǒng)主要對泵站的電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、液壓乳化液溫度、泵站壓力、電磁閥控制電流等進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)監(jiān)測信息進(jìn)行預(yù)警和自動(dòng)配比，以滿足井下設(shè)備的供液安全性需求[4]。

此外，該控制系統(tǒng)中還設(shè)置有聲光報(bào)警功能，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后會(huì)自動(dòng)進(jìn)行聲光報(bào)警，并顯示故障信息，為工作人員快速處理故障提供依據(jù)。

3 應(yīng)用效果分析

將該智能控制系統(tǒng)投入應(yīng)用后，對2020年8月—2020年10月間煤礦井下的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了對比分析。將支架的理論移動(dòng)距離設(shè)定為800 mm，再根據(jù)各個(gè)設(shè)備之間的配合情況，判斷該系統(tǒng)的應(yīng)用效果。當(dāng)支架移動(dòng)的距離小于700 mm時(shí)，需要進(jìn)行人工移架調(diào)整；當(dāng)支架的移動(dòng)距離大于800 mm時(shí)，則不需要進(jìn)行人工調(diào)整。因此，當(dāng)支架移動(dòng)距離小于700 mm時(shí)判斷為不合格。實(shí)際測量的支架移動(dòng)狀態(tài)分布如圖2所示。

由圖2可知，支架移動(dòng)距離大于700 mm的比例分布高達(dá)92.8%，證明該集中控制系統(tǒng)具有較高的控制精度和可靠性。

圖2 支架位移分布圖

在調(diào)整過程中，支架自動(dòng)控制移動(dòng)的時(shí)間小于12 s，合格比例達(dá)到了87.9%，整體調(diào)整的時(shí)間比人工調(diào)整時(shí)間縮短了約30.2%，極大地提升了支架自動(dòng)調(diào)整的效率和穩(wěn)定性，其移動(dòng)時(shí)間分布如圖3所示。

圖3 支架自動(dòng)調(diào)整時(shí)間分布圖

該智能化控制系統(tǒng)投入運(yùn)行以來，能夠?qū)赂骶C采設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)測和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了以采煤機(jī)截割作業(yè)為核心的綜采聯(lián)動(dòng)運(yùn)行，使刮板輸送機(jī)的一次調(diào)整到位率由78.4%提升到了目前的100%，實(shí)現(xiàn)了綜采面各設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行控制，為實(shí)現(xiàn)“無人化”綜采作業(yè)奠定了基礎(chǔ)，具有極大的應(yīng)用推廣價(jià)值。

4 結(jié)論

1）該智能控制系統(tǒng)的核心是將各類綜采設(shè)備的控制系統(tǒng)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)綜采數(shù)據(jù)的共享，為實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)運(yùn)行控制奠定了基礎(chǔ)，具有極高的擴(kuò)展性。

2）該控制系統(tǒng)主要包括支架主控計(jì)算機(jī)、輸送機(jī)控制器、采煤機(jī)控制器、負(fù)荷中心、三機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、綜采面控制器、系統(tǒng)集成主機(jī)等，各個(gè)模塊間相互配合，共同確保煤礦井下綜采作業(yè)的順利進(jìn)行。

3）該系統(tǒng)能夠?qū)⒕乱簤褐Ъ芙M的一次調(diào)整到位率提升到92.8%，將支架組的移架時(shí)間提升30.2%，將刮板輸送機(jī)的一次調(diào)整到位率提升到100%，顯著提升了煤礦井下的自動(dòng)化綜采效率。