談智能綜采工作面集中控制系統(tǒng)設(shè)計

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摘要：概述了綜采工作面集中控制系統(tǒng)的設(shè)計原則和要求，包括：實時性、穩(wěn)定性、可視化、安全性及通用性和擴展性；從四方面分析了實現(xiàn)綜采工作面集中控制的關(guān)鍵技術(shù)，對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計，并從遠程監(jiān)測和遠程控制的角度闡述了系統(tǒng)所能實現(xiàn)的主要功能。

關(guān)鍵詞：綜采工作面；集中控制；關(guān)鍵技術(shù)；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

引言

目前，我國煤礦井下工作面常用綜合機械化采煤法，綜合機械化采煤具有諸多優(yōu)點，可實現(xiàn)工作面的高產(chǎn)高效開采，提高工作面的機械化程度[1]。綜采面的另一個顯著特點是機械設(shè)備種類和數(shù)量繁多，為監(jiān)測作業(yè)設(shè)備的工作狀態(tài)。工程師們對單個設(shè)備安裝了實時監(jiān)測系統(tǒng)，以降低其發(fā)生故障的概率，并可實現(xiàn)單個設(shè)備的自動化控制[2-3]。但總的來說綜采面設(shè)備的智能化程度仍不高，依然需要人工操作，且多臺設(shè)備之間缺乏協(xié)同性控制，存在著安全風(fēng)險，故對綜采工作面集中控制系統(tǒng)進行設(shè)計和研究具有極高的工程價值[4-5]。

1.系統(tǒng)設(shè)計原則和要求

傳統(tǒng)的綜采工作面設(shè)備數(shù)量眾多、作業(yè)環(huán)境復(fù)雜、各設(shè)備的操作和控制較為分散，需要熟練的操作人員相互配合才能進行連續(xù)作業(yè)。為消除因人的經(jīng)驗性和環(huán)境的復(fù)雜性而產(chǎn)生的設(shè)備控制安全風(fēng)險，本文設(shè)計和研究了綜采工作面集中控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的設(shè)計需滿足以下基本原則：(1)實時性隨著采煤工作面的推進，作業(yè)設(shè)備的各項參數(shù)也會隨之改變，處于動態(tài)變化之中，因此，綜采工作面集中控制系統(tǒng)需實時的對設(shè)備進行參數(shù)采集和控制，使作業(yè)設(shè)備協(xié)同運行，將安全隱患降到最低。(2)穩(wěn)定性綜采工作面環(huán)境較為惡劣，作業(yè)設(shè)備和控制系統(tǒng)元件（傳感器、傳輸線路）受多種外界因素的干擾，如地下水、有毒有害氣體、電磁干擾等，綜采工作面集中控制系統(tǒng)必須具有穩(wěn)定性，達到抵抗干擾，持續(xù)運行的效果。(3)可視化綜采工作面集中控制系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)通過傳輸線路傳送至地面控制中心，作業(yè)人員通過可視化系統(tǒng)進行遠程操作和控制。(4)安全性系統(tǒng)的電氣元件需符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同時，系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置不同的操作權(quán)限，限制不同部門的使用范圍，避免出現(xiàn)因人員誤操作而帶來的事故。(5)通用性和擴展性為達到推廣綜采工作面集中控制系統(tǒng)的目的，系統(tǒng)需具有通用性和擴展性，以便在系統(tǒng)中增設(shè)或更換相關(guān)設(shè)備，適用于不同的工程場地，增加系統(tǒng)的使用價值。

2.系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

(1)綜采設(shè)備一鍵啟停技術(shù)綜采設(shè)備的一鍵啟停技術(shù)，消除了因人員交流不暢造成的設(shè)備啟動或停車順序錯誤，一鍵啟停技術(shù)包括以下幾點：①逆煤流順序啟動綜采工作面的各工序之間需相互配合才能達到高效率開采的目的，采煤機割落的煤需通過刮板輸送機運出工作面，為避免堆煤的發(fā)生，綜采面設(shè)備啟動必須符合“逆煤流順序啟動”原則。即按照膠帶機、破碎機、轉(zhuǎn)載機、刮板輸送機和采煤機的順序進行啟動，為保證作業(yè)人員得安全，每臺設(shè)備啟動前進行15s的語音報警。②順煤流停機當(dāng)綜采工作面停止作業(yè)時，為避免設(shè)備運輸負(fù)荷過大，造成設(shè)備壓死，同時，方便下次啟動，需遵循“順煤流停機”的原則進行操作。即按照采煤機、刮板機、轉(zhuǎn)載機、破碎機、膠帶機的順序停機（圖1）。系統(tǒng)可自動根據(jù)運輸設(shè)備的負(fù)荷量來判斷運輸設(shè)備是否還擔(dān)負(fù)運輸任務(wù)，若運輸設(shè)備負(fù)荷量為0則對該運輸設(shè)備進行停機操作，依次類推，實現(xiàn)順序停機。(2)采煤機工藝段內(nèi)姿態(tài)自動調(diào)整根據(jù)采煤機在采煤過程中截割路線可將工作面劃分為不同的工藝段，如正常割煤段、掃底刀段、斜切進刀段和割三角煤段（圖2）。采煤機由上一工藝段進入下一工藝段時，需進行姿態(tài)調(diào)整，綜采面集中控制系統(tǒng)實現(xiàn)采煤機姿態(tài)自動調(diào)整的原理為：對液壓支架進行編號，在采煤機和液壓支架上分別安裝紅外發(fā)射裝置和紅外接收裝置，當(dāng)采煤機運行時可通過液壓支架編號來識別采煤機的位置。當(dāng)系統(tǒng)識別到采煤機需進入下一工藝段時，便可發(fā)出控制命令，進行采煤機姿態(tài)的自動調(diào)整。(3)液壓支架和采煤機的協(xié)同控制在綜采工作面的作業(yè)設(shè)備中液壓支架起著護頂、推溜等重要作用，同時，液壓支架與采煤機需相互配合，以充分保證綜采設(shè)備和作業(yè)人員的安全。綜采工作面集中控制系統(tǒng)可利用采煤機與液壓支架上的紅外設(shè)備判斷采煤機所處位置和所處的工藝段，對需進行調(diào)整的液壓支架下發(fā)指令，液壓支架自動完成調(diào)整動作，實現(xiàn)液壓支架和采煤機的協(xié)同控制。液壓支架和采煤機的協(xié)同控制示意圖如圖3所示。(4)運輸設(shè)備載荷量控制綜采工作面的運輸設(shè)備運輸能力需與采煤設(shè)備相匹配，由于運輸設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運行時間長常出現(xiàn)各類故障，如電機發(fā)熱、振動，皮帶撕裂、斷裂等。若運輸設(shè)備載荷量過大則更容易引起這些故障的發(fā)生，因此，綜采面集中控制系統(tǒng)通過在運輸設(shè)備上安裝重量傳感器的方法來對運輸設(shè)備的負(fù)荷量進行監(jiān)測，判斷其是否處于超載狀態(tài)，若發(fā)生超載則自動停止運輸并發(fā)出報警。

3.系統(tǒng)總體設(shè)計

(1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)綜采工作面集中控制系統(tǒng)是基于計算機、通信、信號處理等多種技術(shù)開發(fā)和設(shè)計的，該系統(tǒng)將實時采集到的綜采工作面作業(yè)設(shè)備運行參數(shù)上傳到計算機中心，進行數(shù)據(jù)的挖掘和處理，之后，下達控制命令，實現(xiàn)對綜采設(shè)備的集中控制。按照功能和結(jié)構(gòu)的不同，可將該系統(tǒng)劃分為三個層次，即綜采設(shè)備層、機載控制層、計算機控制層，綜采設(shè)備層主要是指采煤機、運輸機等各類綜采設(shè)備；機載控制層是對綜采面作業(yè)設(shè)備進行電控及參數(shù)采集的系統(tǒng)；計算機控制層則對采集到的數(shù)據(jù)進行處理分析，下達控制命令，使綜采工作面設(shè)備協(xié)同高效作業(yè)。(2)系統(tǒng)功能綜采工作面集中控制系統(tǒng)可實現(xiàn)以下功能：①遠程監(jiān)測遠程監(jiān)測是綜采工作面集中控制系統(tǒng)的重要功能之一，遠程監(jiān)測是通過安裝在綜采面設(shè)備上的信號傳感器、攝像頭等來對設(shè)備進行實時監(jiān)測，監(jiān)測到的信號可直接在地面控制系統(tǒng)中顯示。②遠程控制遠程控制是綜采工作面集中控制系統(tǒng)的核心功能，遠程控制可實現(xiàn)人員不進入作業(yè)面，多機協(xié)同控制，達到高產(chǎn)高效的目的，同時，減少了綜采工作面的事故隱患和發(fā)生事故的概率。根據(jù)實際需要，遠程控制可在全自動、半自動模和手動式之間進行切換，若遇到設(shè)備檢修等情況，需切換到手動模式，進行就地控制。

4.結(jié)論

（1）概述了綜采工作面集中控制系統(tǒng)的設(shè)計原則和要求，包括：實時性、穩(wěn)定性、可視化、安全性及通用性和擴展性。（2）從綜采設(shè)備一鍵啟停技術(shù)、采煤機工藝段內(nèi)姿態(tài)自動調(diào)整、液壓支架和采煤機的協(xié)同控制和運輸設(shè)備載荷量控制等方面，分析了實現(xiàn)綜采工作面集中控制的關(guān)鍵技術(shù)，對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計，并闡述了系統(tǒng)所能實現(xiàn)的主要功能。

【參考文獻】

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作者：常青 單位：山西高平科興牛山煤業(yè)有限公司