＊范俊杰

（山西煤炭進出口集團左權(quán)宏遠煤業(yè)有限公司 山西 032600）

1.采礦自動化系統(tǒng)概述

現(xiàn)階段綜采工作面自動化采礦系統(tǒng)在采礦機自動化作業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，其主要運行原理為通過控制采礦機實現(xiàn)對礦體開展速度進行有效把握，結(jié)合工作面礦層變化、厚度情況等，對開采反復(fù)操作進行合理控制，該流程也為礦機實施并記憶過程。此流程進行中，技術(shù)人員可將礦機運行模式調(diào)整為記憶采礦模式，其可依據(jù)人工操作情況下采礦數(shù)值實現(xiàn)無人看管情況下自動作業(yè)。在開采作業(yè)生產(chǎn)過程中，根據(jù)分層的厚度和波動狀況，采礦機可利用其記憶存儲能力，對滾筒的升降等做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)[1]。在礦產(chǎn)資源開采作業(yè)過程中使用自動化技術(shù)可有效提升開采效率，同時可顯著降低工作人員工作負荷。

2.自動化采礦技術(shù)在綜采工作面中的應(yīng)用情況

在對當前先進技術(shù)應(yīng)用情況進行深入分析后，自動化采礦技術(shù)在綜采工作面中的應(yīng)用主要包括如下幾方面。

第一，自動化鑿巖技術(shù)。通過近幾年研究和發(fā)展，自動鑿巖技術(shù)逐漸成熟并取代以往人工鑿巖技術(shù)。并且，由于遙控設(shè)備普及和使用，將自動鉆孔技術(shù)與遙控設(shè)備相融合，從而達到礦山鉆孔作業(yè)的自動化程度。技術(shù)人員可結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)情況，利用遠程遙控設(shè)備對自動鑿巖技術(shù)進行控制完成循環(huán)作業(yè)[2]。

第二，采礦自動化技術(shù)。在礦產(chǎn)資源開采作業(yè)中，通過對機械化開采工藝的科學(xué)應(yīng)用，基本能夠使礦山生產(chǎn)流程自動化。例如，可以通過大型機車或電站來完成生產(chǎn)現(xiàn)場自動作業(yè)流程。同時在部分礦井采掘工作中，也可以采用自動采掘工藝來完成井下鑿巖工作。例如，操作人員可以通過遙控操作鏟斗裝置來實現(xiàn)井下鑿巖操作。

第三，局部遙控技術(shù)。局部遙控作業(yè)技術(shù)在礦山等危險開采領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。這種技術(shù)主要是指在一些工作面上，利用自動化機械設(shè)備進行操作處理，而對于其他工作面部分仍需要作業(yè)人員參與其中完成操作處理過程。這種作業(yè)方式可以降低作業(yè)人員的危險施工程度，同時也可以提高現(xiàn)場作業(yè)效率[3]。

3.綜采工作面自動化集控系統(tǒng)構(gòu)成

(1)案例概況

本文研究中將結(jié)合實際案例對綜采面自動化采礦集控系統(tǒng)構(gòu)成及應(yīng)用進行分析。案例大采高綜采工作面位于TL礦下部，距離地面深度達到570m。周圍地質(zhì)情況復(fù)雜，存在有多層斷層和巖層結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的問題，因此在采礦過程中需要進行嚴密的安全防護措施。

案例工作面長約320m，寬約200m，采高為4.5m，采用全高回采工藝，可采儲量達到了300萬噸左右。該工作面是該礦的主采工作面之一，具有重要的生產(chǎn)價值。在TL礦案例大采高綜采工作面的采礦過程中，存在較大的水壓和涌水量問題。水壓可達到5.5MPa，涌水量高達200m3/h。為保證采礦安全和順利進行，需要采取有效的措施進行水文地質(zhì)勘探和水文地質(zhì)治理，以減少水壓和涌水量的影響。

為提高采礦效率和保證采礦安全，TL礦案例大采高綜采工作面采用一次性采全高回采工藝。這種采礦方式具有采煤效率高、采煤率高、節(jié)約煤炭資源等優(yōu)點，能夠滿足礦井的生產(chǎn)需求。

在TL礦案例大采高綜采工作面的采礦過程中，為了提高采煤效率和安全性，采用自動化集控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)具有高度的自動化程度和智能化水平，可以實現(xiàn)采煤機、傳送機、通風(fēng)機等設(shè)備的自動化控制和監(jiān)測，提高生產(chǎn)效率和減少生產(chǎn)事故的發(fā)生。同時，該系統(tǒng)還可以提供實時的數(shù)據(jù)信息和監(jiān)控指標，幫助管理人員及時掌握礦井的生產(chǎn)情況和運行狀態(tài)，提高生產(chǎn)管理的水平和精準度。

(2)綜采工作面集控系統(tǒng)構(gòu)成

礦區(qū)管理人員為提高案例綜采工作面的生產(chǎn)效率和安全性，決定采用自動化集控系統(tǒng)來實現(xiàn)實時監(jiān)控、自動化集控、遠程供電操控、遠距離集中供液、三機運輸系統(tǒng)和支架電液控等功能。這意味著礦工可以隨時了解工作面的生產(chǎn)情況和安全狀況，以及對工作面進行實時地調(diào)整和控制。此外，自動化集控系統(tǒng)還可以實現(xiàn)遠程供電操控，使得礦工可以在遠離工作面的情況下對電力系統(tǒng)進行掌控。

自動化集控系統(tǒng)包括遠程供電操控系統(tǒng)、工作面視頻實時監(jiān)控系統(tǒng)、三機運輸系統(tǒng)、工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)、順槽集中控制系統(tǒng)、采煤機、液壓支架、運輸機聯(lián)動控制系統(tǒng)、井下環(huán)網(wǎng)及地面指揮系統(tǒng)等多個系統(tǒng)，其具體如圖1所示。相關(guān)系統(tǒng)可以相互配合實現(xiàn)對綜采工作面的自動化集控，大大提高了工作效率和安全性。自動化集控系統(tǒng)還可以實現(xiàn)遠距離集中供液和支架電液控等功能。這意味著工作人員可以對工作面的液壓支架進行遠程控制，以及對液壓支架的電液控制進行集中管理，從而提高了工作面的穩(wěn)定性和安全性。

圖1 綜采工作面自動化控制系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

自動化集中系統(tǒng)核心安置工作面順槽巷，以實現(xiàn)對井下綜采工作面的液壓控制系統(tǒng)的控制。井下綜采工作面液壓控制系統(tǒng)包括電液控換向主閥、壓力及行程傳感器、支架控制裝置、本安型電源開關(guān)、通訊及供電電纜等。這些設(shè)備可以實時監(jiān)測和控制井下的液壓系統(tǒng)，確保其始終處于最佳狀態(tài)。

此外，采煤機上還安裝有紅外線發(fā)射式定位系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對煤礦工作面的定位，以便更加精確地控制采煤機的位置和動作。

采煤機、支架、運輸機聯(lián)動控制系統(tǒng)是實現(xiàn)自動化集中控制的另一個重要部分。該系統(tǒng)關(guān)鍵在于將位移傳感器，傾斜度傳感器，精密的推拉裝置結(jié)合在一起，將慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和相機等設(shè)備分別裝在液壓支架的架護幫和鉸鏈式頂梁上，以完成對各部件的聯(lián)動控制。這些設(shè)備可以實時監(jiān)測井下設(shè)備的動態(tài)情況，并對其進行控制，以確保其正常運行。

順槽集中控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集器與各配電裝置通過線纜進行連接，能夠遠程控制供電系統(tǒng)的分合閘狀態(tài)。這使得煤礦工作人員可以通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)對井下設(shè)備進行遠程控制和管理，提高了工作效率和安全性。

工作面視頻實時監(jiān)控系統(tǒng)也是煤礦現(xiàn)代化自動化控制系統(tǒng)的重要組成部分。該系統(tǒng)可實現(xiàn)對礦井下作業(yè)面實時監(jiān)測，當采煤機和刮削器發(fā)生滑動時，對應(yīng)部位攝像機即會自動開啟。這使得煤礦工作人員可以通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)對井下設(shè)備進行實時監(jiān)測和管理，提高工作效率和安全性。

4.綜采工作面集控系統(tǒng)功能

(1)順槽集中控制系統(tǒng)

順槽集中控制室，該系統(tǒng)主要功能包括如下幾方面。

第一，對各單獨機械進行遙控啟動和停止，以達到對整個工作面全面調(diào)控目的；

第二，實現(xiàn)對綜采面各種裝置，如前、后支架和破碎機出口的實時監(jiān)控；

第三，配合綜采工作面配套系統(tǒng)，如監(jiān)控系統(tǒng)、自動化集中控制系統(tǒng)、遙控電源控制系統(tǒng)、三機（輸送機、轉(zhuǎn)載機、破碎機）等達成連鎖目標；

第四，基于實時采集的三機運載量情況，有系統(tǒng)對采煤機牽引速度進行科學(xué)調(diào)整，同時也可基于工作面礦壓情況對采煤機推進速度進行有效調(diào)整。

(2)支架電控系統(tǒng)

支架控制系統(tǒng)具體如圖3所示，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具體功能包括以下幾方面：

圖3 支架電控系統(tǒng)示意圖

第一，基于電控系統(tǒng)可有效對支架壓力、前移速度以及支架狀態(tài)等進行實時掌控。

第二，基于電控系統(tǒng)功能可有效實現(xiàn)對單架以及多架升降與前移操作進行自動調(diào)整，技術(shù)人員可通過在軟件中對采煤工藝以及參數(shù)進行實時調(diào)整手段，促使電控系統(tǒng)有效適配不同工作面開采作業(yè)實際需求。

第三，支架電控系統(tǒng)實際運行過程中可基于采煤機截割深度對支架推進進度進行自動判斷，進而實現(xiàn)割煤自動化作業(yè)目標，同時該流程也可通過人工設(shè)置參數(shù)進行。

第四，支架電控系統(tǒng)的核心功能是根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)判斷支架的運行狀態(tài)，并自動執(zhí)行相應(yīng)的操作，例如自動急停和閉鎖。通過實時監(jiān)測和分析傳感器數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能夠準確判斷支架的工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，比如支架傾斜或者超載，系統(tǒng)會立即執(zhí)行急停操作，以確保工作面的安全。此外，系統(tǒng)還能自動執(zhí)行閉鎖操作，防止在危險情況下誤操作導(dǎo)致事故發(fā)生。

第五，為進一步明確支架的運行狀態(tài)，支架中還安裝了蜂鳴報警器。當支架出現(xiàn)異常情況時，蜂鳴報警器會發(fā)出警報，提醒工作人員及時采取措施。這種明確的報警信號能夠大大提高工作人員對支架狀態(tài)的感知和判斷能力，有助于及時發(fā)現(xiàn)問題并采取相應(yīng)的措施。為應(yīng)對緊急情況，支架中還設(shè)有急停按鈕，工作人員可以通過按下急停按鈕切斷工作面的總電源。在遇到突發(fā)情況時，比如發(fā)生火災(zāi)或者支架出現(xiàn)嚴重故障時，工作人員可以立即切斷電源，以降低事故的風(fēng)險。

(3)聯(lián)動控制系統(tǒng)

采煤機、支架以及運輸機聯(lián)動控制系統(tǒng)可以自動完成采煤流程，極大地提高了生產(chǎn)效率和安全性。聯(lián)動控制系統(tǒng)的另一個重要優(yōu)勢就是可以根據(jù)遠程視頻監(jiān)控的數(shù)據(jù)進行調(diào)整。通過系統(tǒng)對煤礦現(xiàn)場的實時監(jiān)控，可以對采煤過程中的問題進行及時處理，減少人為操作的干擾，提高精度和效率。

同時，該系統(tǒng)采用分步推溜生產(chǎn)工藝，確保刮板機的運行狀態(tài)合理。在采煤過程中，刮板機的運行狀態(tài)直接影響著采煤效率和安全性。通過分步推溜的工藝，可以有效地避免刮板機在運行過程中出現(xiàn)卡車現(xiàn)象，提高了運行的穩(wěn)定性和安全性。

通過該系統(tǒng)智能控制，可以不僅提高生產(chǎn)效率和安全性，還可以減少人力資源的浪費。隨著技術(shù)的不斷進步，相信聯(lián)動控制系統(tǒng)將會在煤礦行業(yè)中得到更廣泛的應(yīng)用和推廣。

(4)三機自動控制系統(tǒng)

在三機自動控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集分站是實現(xiàn)自動化的重要組成部分。安裝數(shù)據(jù)采集分站可以實現(xiàn)實時監(jiān)控和聯(lián)動控制，確保采礦生產(chǎn)安全和高效。同時，通過環(huán)網(wǎng)傳遞數(shù)據(jù)到集控中心，工作人員可以隨時掌握設(shè)備的運行狀態(tài)和生產(chǎn)情況。集控中心軟件是一個重要的控制系統(tǒng)，在使用過程中能將采集到數(shù)據(jù)資料轉(zhuǎn)化成畫面，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)設(shè)備運行狀態(tài)控制，使操作人員能夠?qū)ρb置工作狀況進行實時監(jiān)控。另外，輸送系統(tǒng)還使用遠程遙控和現(xiàn)場操作兩種控制方式，能夠進行遙控啟動和停止，方便工作人員對設(shè)備進行控制和管理。

為進一步提高采礦生產(chǎn)地安全性，工作面沿線安裝多套語音報警及喊話裝置。該裝置可以在發(fā)生緊急情況時及時發(fā)出警報，提醒工作人員采取相應(yīng)措施，確保員工生命安全和設(shè)備正常運行。此外，在必要時，工作人員可以在不同位置進行喊話，通過按下急停按鈕，停止所有設(shè)備的運行，以應(yīng)對緊急情況。

5.結(jié)語

綜采工作面中應(yīng)用自動化技術(shù)已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展必然趨勢。案例工作面中應(yīng)用自動化集控系統(tǒng)后，設(shè)備自動化控制水平有顯著提升，工作人員作業(yè)強度明顯下降，同時工作面回采效率也得到明顯提高，由此其具備較強應(yīng)用價值。