自动化少人综采工作面的研发与应用(初稿)

自动化少人综采工作面的研发与应用

田生文，田建川

神华宁夏煤业集团机电管理部，750001

摘要

综采工作面是现代化煤矿生产的主要环节，是煤矿生产中设备最多、环境最恶劣、工作最复杂的系统。综采工作面少人自动控制系统，是以顺槽监控中心为总控中心，以工作面视频、以太网、音频、远控为基础，以采煤机记忆割煤为核心，通过自动控制为主，远程干预为辅的控制方式，实现在顺槽监控中心对综采设备实现就地/集中/远程三级控制和地面实时数据和三维虚拟观测。该系统在神宁集团公司梅花井煤矿1102206工作面的应用，大大降低了劳动强度,提高了生产效率,实现了工作面协调、安全、可靠的生产，为探索薄煤层工作面无人化开采积累了经验。

关键字：自动化监控，安全少人，三维虚拟

1.引言

薄煤层的安全开采成为近年我国煤矿企业发展的焦点。由于薄煤层开采空间小，回采难度大，效率低、工作人员的行人空间有限，工作人员的安全难以保障，事故频发。根据我国煤炭储存及开采现状，薄煤层的高效开采是必然的趋势，由于薄煤层按传统方法开采时员工劳动强度大，生产效率及安全系数较低，目前国内自动化采煤工作面开发得理论已经成熟，但实际应用效果不明显。本项目以高可靠的传感技术、信息传输技术及三维实时数虚拟技术，开发了一套适应能力强、可靠性高的自动化采煤工作面，以实现工作面少人自动化开采。2.自动化控制结构

系统主要由三部分组成，综采单机设备第一层、顺槽监控中心第二层、地面第三层。即采煤机控制系统、支架电液控制系统、工作面运输控制系统、三机通信控制系统、泵站控制系统及供电系统有机结合（第一层），实现顺槽监控中心（第二层）对对综合机械化采煤工作面设备的协调管理与集中控制。通过以太网及矿井环网将工作面视频及以设备运行参数为基础的三维虚拟现实图像集中地面调度中心及上级调度指挥中心（第三层），为地面人员生产调度提供实时可靠数据。

3.主要研究内容

3.1 综采工作面工业以太网

利用工作面的综合接入器、光电转换器和交换机，建立一个统一开放的工作面百兆工业以太网，构建控制平台，将工作面设备连接到顺槽集控中心的隔爆服务器，实现工作面设备信息汇集。

3.2 综采工作面视频系统

对工作面关键位置进行实时摄像，通过有线或无线的方式传输给工作面以太网，通过以太网及矿井环网传输到矿用本质安全型显示器及地面调度系统。

3.2.1采煤机机载视频

在采煤机左右摇臂部各安装一台网络摄像仪，实时监视采煤机滚筒上沿及对应位置顶板、支架护帮板状态，以无线方式传输到工作面工业以太网，通过以太网传输到矿用本质安全型显示器。

3.2.2液压支架视频

每6支架安装1台矿用本质安全型摄像仪，通过顺槽控制中心控制其跟随采煤机切换视频，且同时集中显示采煤机附近3台摄像仪的视频，也可在顺槽监控中心调取任意一视频，通过以太网传输到矿用本质安全型显示器。

3.2.3其他综采设备视频

在刮板输送机机头机尾、转载机机头、监控中心控制台、顺槽胶带输送机机头、乳化液泵站、喷雾泵泵站各安装1台摄像仪，并通过工业以太网网络传输到矿用本质安全型显示器。

3.3顺槽监控中心

顺槽监控中心是连接地面和工作面的监控中心，安装在顺槽列车上，操作者通过语音通信进行调度、联络；通过操作台可远程操控工作面上的相应设备。监控中心主要由服务器、显示器、操作台、喊话器、交换机等组成。有全自动控制模式、分机自动控制模式及分机集中控制模式。

3.3.1全自动控制模式

可将集成控制系统设置为“全自动化”工作模式，通过“一键”启停按键启动工作面综采设备完全自动化运行。监控中心通过实时视频、数据实时监控工作面综采设备运行工况，当设备运行异常但系统没有纠正时，可通过人工干预手段对设备进行远程干预。如采煤机摇臂的调整、液压支架的动作等。

3.3.2分机自动控制模式

（1）采煤机自动化

采煤机智能控制系统依据采煤机高度传感器实现采煤机的记忆割煤和远程干预等功能，实现以记忆割煤为主，远程控制为辅的生产工作模式。

①煤机摇臂高度监测功能：通过实时监测摇臂的高度，作为采煤机的智能调高系统的反馈依据，根据工作面煤层赋存条件实时改变摇臂高度，调节前后滚筒，实现采煤机自动割煤操作。

②智能化快速记忆截割自动控制功能：根据系统前一次割煤过程中存储的煤层赋存曲线，实现记忆截割功能（包括斜切进刀、割三角煤及清浮煤等）。

③采煤机远程控制功能：依据采煤机主机系统及工作面视频，通过操作采煤机远程操作台实现对采煤机的远程控制。通过远程控制台实现采煤机远程控制功能，可以进行采煤机的启停控制、运行速度控制和前后滚筒摇臂高度控制等。

（2）液压支架自动化

在支架电液控制系统标配基础上，通过增加接近传感器、倾角传感器等以实现液压支架的自动化控制。

①互帮感知及防碰撞：在互帮板安装接近传感器，依据传感器值判断护帮板是否收到位，防止采煤机自动化割煤时护帮板没有收回发生干涉。

②跟机伸伸缩梁功能：煤机前滚筒割煤过后需立即伸伸缩梁护顶。考虑到煤机位置在传感器失效或遮挡的情况下会有跳变，引起护帮与滚筒干涉，因此设计在煤机中部进行跟机伸伸缩梁功能。

③提高跟机移架速度的改进：改进电液控控制软件，实现了液压支架的辅助动作可与支架移架的主要动作同时进行。同时，实现了邻架升柱到一定压力，本架即开始动作的功能，减少了相邻支架动作的相对时间。通过改进，实现了平均每个支架移架时间15秒左右的目标，可以满足采煤机最高14m/min的运行速度。

④增强抬底效果的改进:综采设备下滑幅度较大，在跟机移架程序中加入自动底调功能，避免了工作面设备的下滑。

3.3.4分机集中控制模式

（1）采煤机工况监测与远程集中控制功能，实现对采煤机启停状态、电流、功率、左右摇臂、左右牵引电机温度，牵引方向、速度，冷却水流量、压力，油箱温度，左右滚筒采高或卧底量，采煤机在工作面位置等的监测。同时通过采煤机监控主画面和视频画面，在监控中心对采煤机在任何状态下进行远程控制。