于海鋒

（濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán)有限公司安居煤礦，山東 濟(jì)寧 272059）

近年來，科技的不斷發(fā)展促進(jìn)了工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)的進(jìn)步，煤礦生產(chǎn)中可以普遍地應(yīng)用自動(dòng)化生產(chǎn)控制技術(shù)。為此，煤礦生產(chǎn)中應(yīng)創(chuàng)建和健全綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)，結(jié)合先進(jìn)的信息技術(shù)手段服務(wù)于煤礦生產(chǎn)工作，不但提升煤礦生產(chǎn)效率和質(zhì)量，而且提升人員的安全性。

1 煤礦綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序

設(shè)計(jì)的系統(tǒng)程序涵蓋：采煤機(jī)隨動(dòng)視頻監(jiān)控、主控、液壓支架控制等一系列系統(tǒng)，而主控系統(tǒng)主要包括泵站控制系統(tǒng)、自移機(jī)尾控制系統(tǒng)、三機(jī)控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等。

1.2 一系列程序系統(tǒng)通信標(biāo)準(zhǔn)

一是作為煤礦綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，主控系統(tǒng)非常重要，其應(yīng)對一系列子系統(tǒng)進(jìn)行有效地報(bào)警、顯示、控制、監(jiān)測等；二是采煤機(jī)液壓支架控制系統(tǒng)和主控制系統(tǒng)間可以彼此進(jìn)行通信，液壓支架控制系統(tǒng)結(jié)合對采煤機(jī)位置的監(jiān)測，能夠分析和整理數(shù)據(jù)信息，再有效控制液壓支架動(dòng)作，進(jìn)而使采煤機(jī)和液壓支架聯(lián)動(dòng)的效果實(shí)現(xiàn)；三是立足于采煤機(jī)的記憶割煤，對采煤機(jī)隨動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行配備，以實(shí)時(shí)化地呈現(xiàn)前后滾筒，方便地面集控中心的有關(guān)操縱者結(jié)合畫面明確工作面煤層的實(shí)際現(xiàn)狀，以使遠(yuǎn)程干預(yù)割煤的目的實(shí)現(xiàn)，確保采煤質(zhì)量的提升；四是針對供電系統(tǒng)間的通信監(jiān)控來講，應(yīng)構(gòu)建移動(dòng)變電站和組合開關(guān)間的通信標(biāo)準(zhǔn)；五是在泵站以及中央控制器之間建立通信連接；實(shí)現(xiàn)此接口與主控制器的有效連接可以使主控系統(tǒng)和泵站子系統(tǒng)控制之間的直接通信目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

1.3 一系列系統(tǒng)間的控制標(biāo)準(zhǔn)

一是對于綜采工作面主控系統(tǒng)而言，其可以監(jiān)控以及查詢供電系統(tǒng)的一系列參數(shù)（故障、報(bào)警、整定、運(yùn)行等），需要有聯(lián)網(wǎng)以及遠(yuǎn)程監(jiān)控的作用。二是對于采煤機(jī)主控系統(tǒng)而言，不但應(yīng)使遠(yuǎn)程干預(yù)與記憶割煤實(shí)現(xiàn)，而且應(yīng)構(gòu)建跟液壓支架控制系統(tǒng)間的良好通信，以實(shí)時(shí)化地傳輸信息，確保相關(guān)工作者實(shí)時(shí)監(jiān)控采煤機(jī)的運(yùn)行以及故障動(dòng)態(tài)。三是應(yīng)有效連接三機(jī)控制系統(tǒng)和采煤機(jī)主控系統(tǒng)，以監(jiān)控刮板輸送機(jī)的載荷力，確保自動(dòng)化控制泵站液位以及油箱油位。四是三機(jī)通信控制系統(tǒng)應(yīng)自動(dòng)化控制刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)等的閉鎖、啟停、連鎖等情況，并且使工作沿線的通話作用目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。五是對開采設(shè)備的工作進(jìn)展情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，出現(xiàn)故障問題，實(shí)時(shí)進(jìn)行報(bào)警；刮板機(jī)以及轉(zhuǎn)載機(jī)的實(shí)際荷載動(dòng)態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)控，根據(jù)荷載力的大小情況可以對煤機(jī)的牽引速度進(jìn)行有效調(diào)整；采煤機(jī)的運(yùn)行部位進(jìn)行實(shí)時(shí)化、動(dòng)態(tài)化地監(jiān)測，確保實(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)牽引速度的自動(dòng)化調(diào)整；監(jiān)測乳化液泵站的運(yùn)行動(dòng)態(tài)，分析、整理、概括有關(guān)數(shù)據(jù)監(jiān)測完之后的數(shù)據(jù)信息，這樣可以對煤礦生產(chǎn)的實(shí)施動(dòng)態(tài)進(jìn)行有效地把控。監(jiān)測程序流程如圖1所示。

圖1

2 煤礦綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 綜合控制

煤礦綜采工作面應(yīng)用的具體設(shè)備而言，其涉及范圍較廣，存在非常多的種類，涵蓋的設(shè)備有采煤機(jī)、破碎機(jī)、乳化液泵站、自移機(jī)尾、刮板輸送機(jī)等。煤礦對自動(dòng)化工作面設(shè)備的配置應(yīng)保障有效統(tǒng)一輸電系統(tǒng)，使綜采工作面和地面集控中心間更加實(shí)時(shí)性地傳輸數(shù)據(jù)信息，對煤礦開采的進(jìn)展情況進(jìn)行實(shí)時(shí)地把控。

2.2 乳化液泵自控

煤礦綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)，乳化液泵站屬于中心組成部分，應(yīng)實(shí)現(xiàn)其液控以及電控自動(dòng)化能力的強(qiáng)化，確保泵站運(yùn)行狀態(tài)的安全與穩(wěn)定。集控中心能夠?qū)Ρ谜具\(yùn)行的實(shí)時(shí)化動(dòng)態(tài)進(jìn)行有效地監(jiān)控，結(jié)合監(jiān)測到的信息，使系統(tǒng)的壓力波動(dòng)適當(dāng)減緩，自動(dòng)化地控制泵站運(yùn)行。

2.3 輸送機(jī)械設(shè)備集中控制

輸送機(jī)械設(shè)備重點(diǎn)涵蓋自移機(jī)尾、破碎機(jī)、刮板輸送機(jī)以及轉(zhuǎn)載機(jī)，在煤礦開采時(shí)綜采工作面自動(dòng)化控制系統(tǒng)的建立與完善，能夠自動(dòng)化地控制設(shè)備的啟停動(dòng)態(tài)情況。結(jié)合自動(dòng)化系統(tǒng)集中控制輸送機(jī)械設(shè)備，使緊急閉鎖以及遠(yuǎn)程控制等一系列作用實(shí)現(xiàn)，即使發(fā)生故障的情況，可有效地能保障有關(guān)工作者的生命健康和安全。

2.4 采煤機(jī)記憶割煤以及遠(yuǎn)程干預(yù)割煤

采煤機(jī)控制中有效地發(fā)揮自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)勢作用可以使高效的記憶割煤以及遠(yuǎn)程割煤目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，降低了工作者的勞動(dòng)負(fù)荷實(shí)現(xiàn)割煤效率的提升。將遠(yuǎn)程操縱平臺(tái)設(shè)置于煤礦綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)，有效連接操縱平臺(tái)和采煤機(jī)，以雙向通信的方式進(jìn)行連接，將采煤機(jī)的運(yùn)行動(dòng)態(tài)信息快速地傳輸給集控中心，根據(jù)實(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)運(yùn)行動(dòng)態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2.5 負(fù)荷平衡控制

煤礦綜采工作面自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)及時(shí)監(jiān)控有關(guān)設(shè)備的輸送強(qiáng)度，保障不會(huì)由于過載的情況而使相關(guān)設(shè)備受到損壞。自動(dòng)化控制系統(tǒng)向集控中心輸送設(shè)備運(yùn)行信息。若輸送設(shè)備承受的壓力值較大，系統(tǒng)將命令自動(dòng)地發(fā)出，以此實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)牽引速度的減小，減小速度之后的落煤量以及破煤量會(huì)顯著地減少，進(jìn)而使輸送設(shè)受到的負(fù)荷明顯地減輕，確保設(shè)備的負(fù)荷在準(zhǔn)許的范圍之內(nèi)。

2.6 采煤機(jī)隨動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

當(dāng)前應(yīng)用的井下煤巖識(shí)別系統(tǒng)依舊比較稚嫩，難以對巖石或煤進(jìn)行非常精準(zhǔn)地識(shí)別，進(jìn)行自動(dòng)化割煤的情況下較易割到巖石，使煤的發(fā)熱量受到不利影響，為了提升煤礦生產(chǎn)質(zhì)量，應(yīng)將隨動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)安裝在工作面，適時(shí)顯示前后滾筒的運(yùn)行狀況，地面集控中心準(zhǔn)確地判斷煤炭以及設(shè)備運(yùn)行的情況，遠(yuǎn)程干預(yù)采煤機(jī)前后滾筒，使割巖率減小、材料質(zhì)量提升的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

3 應(yīng)用實(shí)踐案例

5302綜采工作面位于-1155m水平五采區(qū)，開采煤層為3上煤，地面標(biāo)高為+34.0～+36.0m，工作面標(biāo)高為-1206～-1292m，工作面回采長度為485m（平距），工作面寬度為150m（平距）,開采面積為72664m2，其位置及井上下關(guān)系見表1。

表1

3.1 自動(dòng)化控制模式選擇

功能設(shè)置：機(jī)型、控制地、模式設(shè)定。進(jìn)入設(shè)置界面，通過操作左牽、右牽按鈕，切換光標(biāo)至需要設(shè)置的項(xiàng)目，選定的項(xiàng)目光標(biāo)整體閃爍。選定要設(shè)定的項(xiàng)目，通過操作上升、下降按鈕將該項(xiàng)目調(diào)整到需要的設(shè)定內(nèi)容?？刂频卦O(shè)定：

（1）當(dāng)不使用遠(yuǎn)程控制和記憶截割功能或在學(xué)習(xí)狀態(tài)時(shí)選擇本地控制。

（2）當(dāng)同時(shí)使用遠(yuǎn)程控制和記憶截割功能時(shí)選擇外部控制。

（3）當(dāng)僅使用記憶截割（或遠(yuǎn)程干預(yù)）功能時(shí)選擇記憶截割（或遠(yuǎn)程干預(yù)）模式。四是模式設(shè)定。①在控制地設(shè)定為本地控制，模式設(shè)定為學(xué)習(xí)模式時(shí)，采煤機(jī)處于學(xué)習(xí)狀態(tài)，記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)，形成示范刀數(shù)據(jù)，為記憶截割提供依據(jù)。②其它情況選擇記憶模式。

3.2 采煤機(jī)的啟動(dòng)和停機(jī)

采煤機(jī)啟動(dòng)和停機(jī),借用動(dòng)力電纜一根控制芯線,使采煤機(jī)的控制回路與磁力啟動(dòng)器先導(dǎo)回路相接,組成遠(yuǎn)地控制回路。采煤機(jī)啟動(dòng)只有一處1S1啟動(dòng)按鈕；停機(jī)有五處：分別為左、右端頭站的總停，左、右遙控器的總停，1S15急停按鈕。

3.3 運(yùn)輸機(jī)的控制

按下1S14閉運(yùn)按鈕,即可在采煤機(jī)上控制運(yùn)輸機(jī)的停機(jī)(只控制停機(jī),不控制啟動(dòng))。采煤機(jī)檢修時(shí)運(yùn)輸機(jī)應(yīng)閉鎖。

3.4 電磁閥的控制

采煤機(jī)上所用的電磁閥全部為隔爆電磁閥?？刂撇擅簷C(jī)左、右搖臂的升降，破碎電機(jī)的升降。通過操作左、右端頭站或左、右遙控器上的上升、下降、破升、破降按鈕或泵箱上的手動(dòng)可實(shí)現(xiàn)左、右搖臂及破碎頭的升、降。

3.5 采煤機(jī)的操作方式

可以在左、右端頭站，左、右遙控器及電控箱上對采煤機(jī)進(jìn)行操作。也可以手動(dòng)操作左右搖臂的升降。遙控器有左、右之分，左、右端頭站和遙控器上各自有8個(gè)按鈕，分別為總停、牽停、左行、右行、上升、下降、破升、破降。

3.6 牽引控制

兩臺(tái)變頻器各自是主、從變頻器。設(shè)置主變頻器為速度給定,設(shè)置從變頻器為轉(zhuǎn)矩給定。結(jié)合呈現(xiàn)的畫面提示將遙控器“右牽”或“左牽”按鈕按下，變頻器整體即運(yùn)行，采煤機(jī)根據(jù)選擇的方向保持相應(yīng)速度的牽引。按鈕被按的時(shí)間愈長，采煤機(jī)具備愈大的牽引速度。倘若采煤機(jī)業(yè)已進(jìn)行左牽引，想要減速，那么應(yīng)將右牽引按鈕按下，采煤機(jī)牽引速度會(huì)逐步減小為零。這個(gè)時(shí)候，抱閘也會(huì)動(dòng)作。在要求暫停牽引的情況下，那么將遙控器牽停按鈕按下，那么采煤機(jī)即暫停進(jìn)行牽引。

3.7 左、右截割電機(jī)和泵電機(jī)分別啟動(dòng)和停止

通過PLC可以使左、右截割電機(jī)和泵電機(jī)分別啟動(dòng)和停止。正確的操作方式為：拔出左、右截割停按鈕，再按左、右截割啟按鈕。

4 煤礦綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用效果

4.1 降低了工作面作業(yè)人員規(guī)模

常規(guī)的綜采工作面回采要求比較多的人，而應(yīng)用自動(dòng)化系統(tǒng)的綜采工作面僅需很少的人即可完成采煤作業(yè)，從而大大降低了工作面作業(yè)人員規(guī)模。

4.2 提高了割煤效率和質(zhì)量

自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用于綜采工作面之后，工作面每天的回采量增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了常規(guī)工作面的回采量，以及實(shí)現(xiàn)了工作面回撤速度的提升，從而大大提高了割煤效率和質(zhì)量

4.3 遠(yuǎn)程控制的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)

能夠以遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)監(jiān)測控制自動(dòng)化綜采工作面當(dāng)中的機(jī)電設(shè)備，進(jìn)而使機(jī)械設(shè)備的故障率降低，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電設(shè)備聯(lián)鎖控制技術(shù)能力的增強(qiáng)，確保了機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的高效化和安全性。

5 結(jié)語

綜上所述，綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及應(yīng)用，有助于煤礦生產(chǎn)的高效化、減小設(shè)備故障率、降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度等。自動(dòng)化控制的集約化、信息化、高智能化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，從而為國內(nèi)煤炭生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展做出突出的貢獻(xiàn)。