武文財

（山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司屯蘭礦， 山西 太原 030206）

引言

綜采工作面無人化、全智能化、高度自動化生產(chǎn)是煤礦未來的發(fā)展方向，也是主要技術(shù)趨勢。實現(xiàn)工作面采煤機、刮板輸送機以及液壓支架“三機”的聯(lián)動控制是實現(xiàn)上述目標(biāo)的基礎(chǔ)；此外，還需要運行狀態(tài)監(jiān)測和遠(yuǎn)程控制功能的集成。實現(xiàn)綜采工作面的自動化、無人化生產(chǎn)可減少現(xiàn)場作業(yè)人員的勞動強度，提高生產(chǎn)的安全性[1]。目前，綜采工作面已經(jīng)具備了局部的自動化跟機控制功能，并未全部在實際生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。為綜采工作面的全自動化和智能化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)，本文重點對“三機”聯(lián)動工藝及其控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。

1 “三機”聯(lián)動工藝方案設(shè)計

1.1 工程概況

綜采“三機”指采煤機、刮板輸送機和液壓支架；除此之外，工作面還包括有轉(zhuǎn)載機、破碎機、帶式輸送機等關(guān)鍵設(shè)備，具體組成如圖1 所示。

圖1 工作面設(shè)備組成

本文具體對綜采“三機”聯(lián)動控制進(jìn)行研究，對應(yīng)的采煤機型號為MG900/2210-WD，液壓支架型號為ZY12000/28/63D，刮板輸送機型號為SGZ1250/3000。

1.2 “三機”聯(lián)動工藝方案設(shè)計

所謂“三機”聯(lián)動指的是，采煤機的自動牽引截割；液壓支架根據(jù)采煤機的位置和牽引速度完成移架、伸縮護(hù)板幫；完成刮板輸送機的移機操作，并基于刮板輸送機完成推溜操作。為保證“三機”聯(lián)動功能的實現(xiàn)，對各個設(shè)備均提出相應(yīng)的要求：

1）采煤機聯(lián)動要求：采煤機的牽引速度與刮板輸送機的負(fù)荷進(jìn)行自適應(yīng)關(guān)聯(lián)控制，此項操作的主要目的是避免刮板輸送機超載、欠載運行；結(jié)合采煤機的實時牽引速度和位置對不同位置液壓支架的動作控制以及刮板輸送機的推溜情況進(jìn)行控制[2]。

2）液壓支架聯(lián)動要求：液壓支架根據(jù)采煤機的位置完成伸收護(hù)幫板、升架、降架等操作；同時，根據(jù)對液壓支架油壓和移架行程的監(jiān)測，完成對液壓閥的控制。一般的，應(yīng)保證液壓支架的追機速度大于采煤機的牽引速度。

3）刮板輸送機聯(lián)動要求：對刮板輸送機電機電流進(jìn)行監(jiān)測：當(dāng)刮板輸送機電機電流大于額定電流的85%時，采煤機應(yīng)降低牽引速度，對應(yīng)的截割煤量減??；當(dāng)刮板輸送機電機電流小于額定電流的65%時，采煤機應(yīng)提高牽引速度，提高截割煤量；從而保證刮板輸送機在允許范圍內(nèi)高效率運煤。

為保證綜采工作面“三機”聯(lián)動功能的順利實現(xiàn)，避免在聯(lián)動控制中出現(xiàn)事故，需根據(jù)采煤機的外形尺寸、液壓支架的中心距離設(shè)定“三機”聯(lián)動的安全距離[3]。一般的，液壓支架伸收護(hù)板幫且完成移架操作時需要與采煤機保持15 m 的安全距離，具體聯(lián)動工藝如下頁圖2 所示。

如圖2 所示，采煤機中心位置位于28 號液壓支架。在安全距離的基本要求下，根據(jù)采煤機的外形尺寸和液壓支架的中心距離等參數(shù)，不同位置液壓支架的聯(lián)動情況如下：1～10 號液壓支架進(jìn)行推溜操作（距離后滾筒13 個液壓支架中心距離的位置）；15 號液壓支架伸護(hù)幫板（距離后滾筒8 個液壓支架中心距離的位置）；17～21 號液壓支架進(jìn)行移架操作（距離后滾筒2個液壓支架中心距離的位置）；36 號液壓支架收護(hù)幫板（距離前滾筒三個液壓支架中心距離的位置）。

圖2 “三機”聯(lián)動工藝流程

2 “三機”聯(lián)動控制系統(tǒng)的設(shè)計

“三機”聯(lián)動控制的核心為根據(jù)采煤機的牽引速度和位置對液壓支架的伸收護(hù)幫板、移架以及刮板輸送機的推溜進(jìn)行控制[4]。此外，為聯(lián)動控制系統(tǒng)配置遠(yuǎn)程監(jiān)控和總線傳輸功能，對應(yīng)的“三機”聯(lián)動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 “三機”聯(lián)動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

如圖3 所示，“三機”聯(lián)動控制系統(tǒng)包括有地面管理層、巷道監(jiān)控層和設(shè)備層。其中，地面管理層是實現(xiàn)對綜采工作面“三機”聯(lián)動控制的中心。巷道監(jiān)控層核心設(shè)備為“三機”聯(lián)動控制器，其是對設(shè)備層所采集的各項參數(shù)進(jìn)行綜合匯總并分析；設(shè)備層包括有液壓支架控制器、采煤機控制系統(tǒng)和刮板輸送機控制系統(tǒng)。

根據(jù)如圖3 所示的聯(lián)動控制系統(tǒng)實現(xiàn)對綜采工作面設(shè)備的順序啟停控制、完成采煤機自動牽引割煤控制、完成液壓支架的跟機自動化控制、完成刮板輸送機的負(fù)荷自適應(yīng)控制、實現(xiàn)巷道監(jiān)控層與設(shè)備層和地面管理層的控制等[5]。

本聯(lián)動控制系統(tǒng)的硬件選型主要包括有PLC 控制器及各類傳感器，PLC 選擇S7-300 系列PLC 控制器，傳感器選型結(jié)果如表1 所示。

表1 傳感器選型結(jié)果

3 聯(lián)動控制功能驗證

為驗證“三機”聯(lián)動控制功能，分別對采煤機在不同工況下液壓支架的動作情況進(jìn)行仿真分析，得出如下結(jié)論：

1）當(dāng)采煤機未截割三角煤且中心位置處于14 號液壓支架的位置，對應(yīng)22 號液壓支架實施收護(hù)幫板操作，1 號液壓支架實施伸護(hù)幫板操作，7 號液壓支架開始移架操作。

2）當(dāng)采煤機進(jìn)入直線開采階段且中心位置位于40 號液壓支架的位置，對應(yīng)1～10 號液壓支架實施推溜操作；同時，當(dāng)1 號液壓支架完成推溜操作任務(wù)后，采煤機實施下一階段的截割三角煤的任務(wù)。

3）當(dāng)采煤機實施截割三角煤且中心位置處于17號液壓支架的位置時，對應(yīng)9 號液壓支架實施收護(hù)幫板操作，30 號液壓支架實施伸護(hù)幫板操作；當(dāng)采煤機完成三角煤的截割任務(wù)后，改變采煤機牽引方向。

4）當(dāng)采煤機改變牽引方向截割三角煤且中心位置處于34 號液壓支架時，42 號液壓支架實施收護(hù)幫板操作；27 號液壓支架實施移架操作；21 號液壓支架實施伸護(hù)幫板操作；6～16 號液壓支架實施推溜操作。

4 結(jié)語

實現(xiàn)綜采工作面“三機”的聯(lián)動控制是實現(xiàn)煤礦自動化、智能化、無人化生產(chǎn)的基礎(chǔ)。目前，綜采工作面的“三機”聯(lián)動僅實現(xiàn)部分自動化功能。為此，本文基于PLC 控制器和各類傳感器根據(jù)采煤機的實時位置和牽引方向?qū)σ簤褐Ъ艿囊萍堋⑸焓兆o(hù)幫板和刮板輸送機的推溜操作進(jìn)行聯(lián)動控制。通過實踐表明，所設(shè)計的“三機”聯(lián)動控制系統(tǒng)可根據(jù)不同工況完成采煤機的自動牽引截割煤層控制、刮板輸送機的負(fù)荷自適應(yīng)控制以及液壓支架的伸收護(hù)板幫和移架控制，可在實踐應(yīng)用中推廣。