王晉強(qiáng)

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)沁秀公司岳城煤礦，山西 晉城 048006）

引言

目前薄煤層智能化開(kāi)采工藝較多，較為常見(jiàn)的是基于滾筒采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和液壓支架配套的長(zhǎng)壁式開(kāi)采，該類工藝對(duì)地質(zhì)條件適應(yīng)能力強(qiáng)，對(duì)構(gòu)造較多的工作面具有普遍適用性[1]；此外還有基于刨煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和液壓支架配套的刨煤機(jī)綜采機(jī)組和基于螺旋鉆機(jī)機(jī)組、刮板輸送機(jī)和液壓支架配套的螺旋鉆機(jī)機(jī)組，該工藝工作安全、塊煤率高，但抗干擾性能和自動(dòng)化程度較低，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況靈活配套使用[2]。

1 A 礦9 號(hào)煤層概況

A 礦9 號(hào)煤層為薄煤層，厚度為0.6～1.6 m，平均厚度為1.14 m，94316 綜采工作面走向長(zhǎng)1 540 m，傾向長(zhǎng)133.5 m，工作面煤層傾角為2°～15°，煤層平均厚度1.1 m，可采儲(chǔ)量33 萬(wàn)t。工作面配套設(shè)備包括1 部型號(hào)為MG2×200/930-WD1 的長(zhǎng)臂采煤機(jī)，1 部型號(hào)為SGZ764/400 的刮板運(yùn)輸機(jī)，1 部型號(hào)為SZZ-764/132 的轉(zhuǎn)載機(jī)，1 部PLM1000 破碎機(jī)和2 部DSP-1063/1000 皮帶機(jī)。

目前液壓支架仍由人工在工作面內(nèi)通過(guò)手動(dòng)方式操作控制器和主閥進(jìn)行移架、推溜等。受9 號(hào)煤開(kāi)采工藝影響，現(xiàn)場(chǎng)存在開(kāi)采環(huán)境空間狹小、設(shè)備安裝操作難度大、工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大的問(wèn)題。

2 研究方案

通過(guò)建立集通信網(wǎng)絡(luò)、視頻監(jiān)視和遠(yuǎn)程操作于一體的集中監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)時(shí)掌握工作面情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)綜合機(jī)械化采煤工作面設(shè)備的協(xié)調(diào)管理與集中控制，達(dá)到降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，確保礦井安全高效生產(chǎn)的目的。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

方案技術(shù)路線如圖1 所示。通過(guò)前期調(diào)研，根據(jù)礦方需求，該系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)主要包括九大子系統(tǒng)，分別是地面遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、綜采工作面順槽控制中心、液壓支架電液控制系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、采煤機(jī)集控系統(tǒng)、三機(jī)和順槽皮帶機(jī)控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、工作面人員定位系統(tǒng)及供電系統(tǒng)。

圖1 技術(shù)路線示意圖

3.1 地面遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)布置如圖2 所示。系統(tǒng)采用由綜采工作面液壓支架控制器組成的綜采工作面以太網(wǎng)傳輸平臺(tái)，將綜采工作面各子系統(tǒng)采用以太網(wǎng)接入到順槽控制室內(nèi)的工控自動(dòng)化平臺(tái)，經(jīng)礦井環(huán)網(wǎng)上傳到地面調(diào)度中心，工控平臺(tái)采用vistwo 軟件平臺(tái)，具有單設(shè)備遠(yuǎn)程啟停功能、工作面設(shè)備間的聯(lián)動(dòng)及人機(jī)間聯(lián)動(dòng)，同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)所有設(shè)備運(yùn)行和人員位置狀態(tài)、顯示工作面及順槽視頻、按程序運(yùn)行和協(xié)調(diào)所有設(shè)備動(dòng)作。

圖2 地面遠(yuǎn)程監(jiān)控中心設(shè)備布置圖

3.2 順槽控制中心系統(tǒng)

通過(guò)服務(wù)器、交換機(jī)、信號(hào)轉(zhuǎn)換器，構(gòu)建一個(gè)統(tǒng)一開(kāi)放的工作面百兆以太網(wǎng)。接入不同廠家設(shè)備，實(shí)現(xiàn)工作面設(shè)備信息匯集，滿足工作面視頻、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等傳輸要求。工控平臺(tái)采用vistwo 軟件平臺(tái)，能夠?qū)⒐ぷ髅娓髟O(shè)備、人員位置信息、工作面視頻經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)接入到工控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)單設(shè)備控制功能、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制功能，可以對(duì)工作面內(nèi)任意設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制功能應(yīng)包含設(shè)備間聯(lián)動(dòng)和設(shè)備人員間聯(lián)動(dòng)。

3.3 液壓支架電液控制系統(tǒng)

電液控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖3 所示。電液控制系統(tǒng)在工作面智能化系統(tǒng)中執(zhí)行控制液壓支架的功能，同時(shí)承擔(dān)著工作面數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)的功能，實(shí)現(xiàn)工作面支架就地控制、集中控制、遠(yuǎn)程控制及數(shù)據(jù)上傳。電液控制系統(tǒng)采用以太網(wǎng)控制方式，通過(guò)傳感器來(lái)確定液壓支架的狀態(tài)，通過(guò)控制液壓主閥來(lái)執(zhí)行單架動(dòng)作或成組動(dòng)作。電液控制系統(tǒng)要能夠顯示液壓支架和電液控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，包含立柱壓力、推移行程、正在運(yùn)行的動(dòng)作、煤機(jī)位置和方向等。

圖3 電液控制系統(tǒng)

3.4 采煤機(jī)控制系統(tǒng)

采煤機(jī)通信控制系統(tǒng)主要分為采煤機(jī)自身控制功能及遠(yuǎn)程通信控制功能兩部分，其中采煤機(jī)自身控制功能由采煤機(jī)廠家提供，遠(yuǎn)程通信控制主要通過(guò)采煤機(jī)載波電纜將數(shù)據(jù)傳輸?shù)讲擅簷C(jī)順槽監(jiān)控計(jì)算機(jī)上，然后工控平臺(tái)通過(guò)RS485 通信接口訪問(wèn)采煤機(jī)順槽監(jiān)控計(jì)算機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和控制。

3.5 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)

在采煤機(jī)上安裝一套慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，工控平臺(tái)通過(guò)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)可以計(jì)算出刮板運(yùn)輸機(jī)的位置曲線，實(shí)現(xiàn)工作面平直控制和智能推進(jìn)。采煤機(jī)通過(guò)安裝高精度陀螺儀設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)位置、姿態(tài)的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，描繪出采煤機(jī)沿工作面方向及工作面推進(jìn)方向的曲線數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面刮板運(yùn)輸機(jī)直線度監(jiān)測(cè)，滿足工作面直線度控制的目的；由安裝在采煤機(jī)上的高精度陀螺儀通過(guò)RIFD 射頻發(fā)射器將數(shù)據(jù)傳輸給液壓支架的控制器，再通過(guò)以太網(wǎng)傳輸?shù)焦た仄脚_(tái)，并由工控平臺(tái)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，將需調(diào)整數(shù)據(jù)發(fā)送給液壓支架電液控制系統(tǒng)，由電液控制系統(tǒng)對(duì)刮板運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面直線度的控制。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

本項(xiàng)目在A 礦94316 綜采工作面進(jìn)行了為期4個(gè)月的工業(yè)性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：工作面采用智能化開(kāi)采后，三八制每班可回采5 刀左右，工作效率提升25%；工作面不再安排直接人員，僅保留2 名巡視人員和2 名遠(yuǎn)程操作人員，直接生產(chǎn)工效165.4 t/工，有效降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提升了現(xiàn)場(chǎng)工作效率。此外，現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性試驗(yàn)中還存在傳感器工作不穩(wěn)定維護(hù)工作量大、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)量大錯(cuò)誤數(shù)據(jù)較多等問(wèn)題，應(yīng)在后續(xù)研究中不斷改進(jìn)，提示系統(tǒng)可靠性。