綜采工作面設(shè)備自動化方案設(shè)計及試驗

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摘要：針對當(dāng)前對煤礦綜采工作面采煤效率要求越來越高的現(xiàn)狀，需提升綜采工作面的自動化水平，并與工作面所涉及綜采設(shè)備的自動化生產(chǎn)能力相匹配。以山西某礦31105工作面為研究對象，在分析其地質(zhì)水文、煤層、頂?shù)装迩闆r和當(dāng)前應(yīng)用于該工作面綜采設(shè)備類型及參數(shù)的基礎(chǔ)上，對提升其中采煤機、液壓支架以及泵的自動化程度提出具體方案和措施。經(jīng)試驗應(yīng)用表明，綜采設(shè)備的自動化技術(shù)能夠提升工作面的自動化水平，為提升綜采工作面的產(chǎn)煤效率奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：采煤機；液壓支架；泵站系統(tǒng)；記憶截割；采煤效率

引言

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，目前我國煤炭的生產(chǎn)量和消耗量占據(jù)世界第一，而且在未來很長一段時間內(nèi)煤炭依然會在我國能夠結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位。可想而知，煤炭在我國國民經(jīng)濟發(fā)展中有著關(guān)鍵的作用。為了提升綜采工作面煤炭的生產(chǎn)效率，保證日常生活和生產(chǎn)的需求，需根據(jù)工作面地質(zhì)水文、煤層以及瓦斯等情況優(yōu)化采煤工藝，并選擇最為合適的綜采設(shè)備。綜采設(shè)備的自動化水平直接決定工作面的生產(chǎn)效率。此外，提升綜采設(shè)備的自動化程度在提升其生產(chǎn)效率的同時還能夠減輕作業(yè)人員的勞動強度，實現(xiàn)對設(shè)備的實時在線監(jiān)測，及時對設(shè)備故障進行報警和處理［1］。本文著重對綜采工作面的設(shè)備自動化方案進行設(shè)計，并將方案應(yīng)用于實際生產(chǎn)中。

1工程概況

31105工作面為山西某礦井呈現(xiàn)南北走向的工作面，該工作面煤層的埋藏深度位于地下70～120m；工作面煤層厚度范圍為2．58～3．61m，工作面平均煤層厚度為3．12m。而且，工作面煤層中夾雜的煤矸石含量較少，煤矸石厚度僅為0．35m，煤層頂?shù)装迩闆r如表1所示。31105工作面的傾斜程度相對均勻，平均傾角為1°；工作面走向長度為5252m，工作面傾斜部分長度為202m。經(jīng)測量，31105工作面的正常絕對涌水量為520m3／h。目前，31105工作面的綜采設(shè)備的參數(shù)如表2所示。

2工作面自動化方案設(shè)計

根據(jù)在工作面綜采設(shè)備發(fā)揮重要的權(quán)重對比，實現(xiàn)液壓支架、采煤機、泵站的集中控制。

2．1液壓支架自動化的實現(xiàn)

液壓支架自動化是基于其電液控制技術(shù)實現(xiàn)的。工作面每個液壓支架均由一臺控制器對其運行參數(shù)進行控制，且各個液壓支架的控制器可相互通信，從而形成一個組網(wǎng)。各個液壓支架的控制器是通過干線電纜相互連接形成網(wǎng)絡(luò)的［2］。每個液壓支架由一臺控制器通過其機載傳感器對其運動參數(shù)進行監(jiān)測，并通過控制電液閥的開口實現(xiàn)液壓支架的控制。傳感器中包含兩個壓力傳感器、一個行程傳感器和一個紅外線接收器。其中，壓力傳感器用于檢測液壓支架的下腔液壓力；行程傳感器用于檢測千斤頂?shù)男谐?；紅外線接收器用于監(jiān)測采煤機的位置及其運行方向［3］。單個液壓支架的電控系統(tǒng)如圖1所示。通過單個液壓支架自動化功能的實現(xiàn)，并基于干線電纜將各個液壓支架控制器連接為一個組網(wǎng)，實現(xiàn)液壓支架的自動化控制。

2．2采煤機自動化的實現(xiàn)

采煤機自動化功能是基于其電控箱實現(xiàn)的。電控箱能夠?qū)Σ擅簷C各個部件的電機運行狀態(tài)進行監(jiān)測，并將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)上傳至采煤機的中控中心，從而根據(jù)工作面的情況和采煤機各電機的運行狀態(tài)提出對應(yīng)的控制策略，實現(xiàn)對采煤機電機及液壓系統(tǒng)的控制［4］。采煤機自動化功能實現(xiàn)的過程如圖2所示。采煤機自動化實現(xiàn)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)為傳感器對各類信號的采集，包括電機的溫度、變頻器的溫度、采煤機的傾角、采煤機搖臂的角度、油箱油溫等。采煤機的記憶割煤功能能夠保證在作業(yè)人員最小干預(yù)下實現(xiàn)截割任務(wù)，該項功能主要通過四個角度傳感器和兩個齒輪傳感器實現(xiàn)。其中，兩個角度傳感器對搖臂升降角度的監(jiān)測；兩個角度傳感器對采煤機機身橫向和縱向角度進行監(jiān)測；齒輪傳感器對采煤機牽引齒輪的轉(zhuǎn)速進行監(jiān)測。通過手動割煤狀態(tài)對相關(guān)數(shù)據(jù)進行采集，繼而完成對數(shù)據(jù)的記憶；學(xué)習(xí)狀態(tài)對采集到的數(shù)據(jù)進行記憶；自動狀態(tài)為基于所記憶到割煤數(shù)據(jù)完成自動截割任務(wù)。

2．3泵站自動化控制的實現(xiàn)

綜采工作面的泵站系統(tǒng)主要包括乳化液泵站和噴霧泵站系統(tǒng)，泵站系統(tǒng)主要為液壓支架的升降、采煤機搖臂的升降及噴霧降塵系統(tǒng)提供動力或乳化液。該工作面的泵站系統(tǒng)由四臺乳化液泵、四臺電機、增壓泵和蓄能器等組成。其中，乳化液泵站自動化控制是基于其BARTEC電控系統(tǒng)的集中控制實現(xiàn)的?；谠撾娍叵到y(tǒng)能夠?qū)Ω鱾€泵及電機的運行狀態(tài)包括乳化液泵站的壓力、油溫、油位、管路壓力，從而完成對泵站系統(tǒng)中各個泵的啟動、停止、加載或者卸載等功能的控制［5］。噴霧泵站系統(tǒng)為保障工作面安全生產(chǎn)的關(guān)鍵系統(tǒng)，其核心部件為三臺柱塞泵，且每臺柱塞泵均由一臺電機控制。此外，還為噴霧泵站系統(tǒng)配置了一個水箱、兩臺增壓泵、一臺蓄能器等。同時，噴霧泵站系統(tǒng)的自動化控制是基于BARTEC電控系統(tǒng)實現(xiàn)的，該系統(tǒng)主要由主控臺、緊急集中控制箱、各個泵的控制單元和相關(guān)的通信模塊等組成。綜上所述，工作面泵站系統(tǒng)的自動化均是基于BAR－TEC電控系統(tǒng)實現(xiàn)的。BARTEC電控系統(tǒng)具備對現(xiàn)場泵站工作狀態(tài)的監(jiān)測、控制以及報警等功能，從而實現(xiàn)對工作面泵站系統(tǒng)的自動化控制。

3綜采設(shè)備自動化技術(shù)的試驗應(yīng)用

3．1液壓支架自動化控制的試驗應(yīng)用效果

基于液壓支架的電液控制系統(tǒng)實現(xiàn)對單個液壓支架升柱、移架以及降柱等動作完成手動和自動控制；實現(xiàn)液壓群的自動化控制，根據(jù)采煤機的推進速度及其實時位置實現(xiàn)對多個液壓支架的推溜、移架以及支護等操作。此外，基于電液控制系統(tǒng)當(dāng)液壓支架出現(xiàn)卸載等情況時能夠?qū)崿F(xiàn)自動補壓操作，并及時實現(xiàn)對液壓支架的閉鎖和停機操作，從而保證了綜采工作面的安全生產(chǎn)。

3．2采煤機自動化控制的應(yīng)用效果

基于采煤機電控箱所設(shè)計的記憶截割功能能夠?qū)崿F(xiàn)采煤機自動化割煤生產(chǎn)，期間能夠根據(jù)頂板壓力、截割受力以及采煤機的運行狀態(tài)完成對采煤機截割深度、采煤高度等截割參數(shù)的自動化控制，從而保證采煤機在作業(yè)人員最小操作下完成截割任務(wù)。

3．3泵站系統(tǒng)自動化控制的應(yīng)用效果

基于泵站系統(tǒng)BARTEC電控系統(tǒng)的集中控制系統(tǒng)能夠根據(jù)泵站系統(tǒng)的運行狀態(tài)實現(xiàn)對工作面各個泵的啟動、停止、加載或卸載等狀態(tài)的控制。此外，泵站系統(tǒng)各個泵的運行狀態(tài)參數(shù)還可顯示于主控臺的LCD液壓顯示屏上。

4結(jié)語

綜采工作面設(shè)備的自動化水平直接決定綜采工作面的生產(chǎn)能力和采煤效率。因此，在綜合考慮成本和收益的基礎(chǔ)上，適當(dāng)?shù)貙C采設(shè)備（采煤機、液壓支架、泵站系統(tǒng)以及刮板輸送機等）進行自動化改造，優(yōu)化其自動化控制技術(shù)，達到提升綜采設(shè)備的自動化水平，最終實現(xiàn)綜采工作面高效、安全的生產(chǎn)。

參考文獻

［1］王志剛．薄煤層綜采自動化設(shè)備在四臺礦的應(yīng)用［J］．煤炭技術(shù)，2015（1）：274－276．

［2］于勵民．利用國產(chǎn)裝備實現(xiàn)綜采自動化的研究與實踐［J］．工礦自動化，2009（7）：114－117．

［3］黃曾華．綜采工作面綜合自動化控制技術(shù)綜述［J］．煤炭科學(xué)技術(shù)，2013（S2）：282－284．

［4］寧桂峰．極薄煤層綜采自動化應(yīng)用研究［J］．煤炭科學(xué)技術(shù)，2013，41（11）：18－21．

［5］黃曾華，苗建軍．綜采工作面設(shè)備集中控制技術(shù)的應(yīng)用研究［J］．煤炭科學(xué)技術(shù)，2013，41（11）：14－17．

作者：荊晶 單位：山西省陽煤集團