綜采工作面設(shè)備自動(dòng)化方案設(shè)計(jì)及試驗(yàn)

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摘要：針對(duì)當(dāng)前對(duì)煤礦綜采工作面采煤效率要求越來(lái)越高的現(xiàn)狀，需提升綜采工作面的自動(dòng)化水平，并與工作面所涉及綜采設(shè)備的自動(dòng)化生產(chǎn)能力相匹配。以山西某礦31105工作面為研究對(duì)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(duì)提升其中采煤機(jī)、液壓支架以及泵的自動(dòng)化程度提出具體方案和措施。經(jīng)試驗(yàn)應(yīng)用表明，綜采設(shè)備的自動(dòng)化技術(shù)能夠提升工作面的自動(dòng)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(jī)；液壓支架；泵站系統(tǒng)；記憶截割；采煤效率

引言

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，目前我國(guó)煤炭的生產(chǎn)量和消耗量占據(jù)世界第一，而且在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)煤炭依然會(huì)在我國(guó)能夠結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位?？上攵?，煤炭在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(dòng)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(dòng)化程度在提升其生產(chǎn)效率的同時(shí)還能夠減輕作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，及時(shí)對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行報(bào)警和處理［1］。本文著重對(duì)綜采工作面的設(shè)備自動(dòng)化方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，并將方案應(yīng)用于實(shí)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(duì)均勻，平均傾角為1°；工作面走向長(zhǎng)度為5252m，工作面傾斜部分長(zhǎng)度為202m。經(jīng)測(cè)量，31105工作面的正常絕對(duì)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(dòng)化方案設(shè)計(jì)

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

2．1液壓支架自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)

液壓支架自動(dòng)化是基于其電液控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。工作面每個(gè)液壓支架均由一臺(tái)控制器對(duì)其運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行控制，且各個(gè)液壓支架的控制器可相互通信，從而形成一個(gè)組網(wǎng)。各個(gè)液壓支架的控制器是通過(guò)干線電纜相互連接形成網(wǎng)絡(luò)的［2］。每個(gè)液壓支架由一臺(tái)控制器通過(guò)其機(jī)載傳感器對(duì)其運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并通過(guò)控制電液閥的開(kāi)口實(shí)現(xiàn)液壓支架的控制。傳感器中包含兩個(gè)壓力傳感器、一個(gè)行程傳感器和一個(gè)紅外線接收器。其中，壓力傳感器用于檢測(cè)液壓支架的下腔液壓力；行程傳感器用于檢測(cè)千斤頂?shù)男谐?；紅外線接收器用于監(jiān)測(cè)采煤機(jī)的位置及其運(yùn)行方向［3］。單個(gè)液壓支架的電控系統(tǒng)如圖1所示。通過(guò)單個(gè)液壓支架自動(dòng)化功能的實(shí)現(xiàn)，并基于干線電纜將各個(gè)液壓支架控制器連接為一個(gè)組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)液壓支架的自動(dòng)化控制。

2．2采煤機(jī)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)

采煤機(jī)自動(dòng)化功能是基于其電控箱實(shí)現(xiàn)的。電控箱能夠?qū)Σ擅簷C(jī)各個(gè)部件的電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)上傳至采煤機(jī)的中控中心，從而根據(jù)工作面的情況和采煤機(jī)各電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)提出對(duì)應(yīng)的控制策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)電機(jī)及液壓系統(tǒng)的控制［4］。采煤機(jī)自動(dòng)化功能實(shí)現(xiàn)的過(guò)程如圖2所示。采煤機(jī)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)為傳感器對(duì)各類信號(hào)的采集，包括電機(jī)的溫度、變頻器的溫度、采煤機(jī)的傾角、采煤機(jī)搖臂的角度、油箱油溫等。采煤機(jī)的記憶割煤功能能夠保證在作業(yè)人員最小干預(yù)下實(shí)現(xiàn)截割任務(wù)，該項(xiàng)功能主要通過(guò)四個(gè)角度傳感器和兩個(gè)齒輪傳感器實(shí)現(xiàn)。其中，兩個(gè)角度傳感器對(duì)搖臂升降角度的監(jiān)測(cè)；兩個(gè)角度傳感器對(duì)采煤機(jī)機(jī)身橫向和縱向角度進(jìn)行監(jiān)測(cè)；齒輪傳感器對(duì)采煤機(jī)牽引齒輪的轉(zhuǎn)速進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過(guò)手動(dòng)割煤狀態(tài)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，繼而完成對(duì)數(shù)據(jù)的記憶；學(xué)習(xí)狀態(tài)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行記憶；自動(dòng)狀態(tài)為基于所記憶到割煤數(shù)據(jù)完成自動(dòng)截割任務(wù)。

2．3泵站自動(dòng)化控制的實(shí)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(jī)搖臂的升降及噴霧降塵系統(tǒng)提供動(dòng)力或乳化液。該工作面的泵站系統(tǒng)由四臺(tái)乳化液泵、四臺(tái)電機(jī)、增壓泵和蓄能器等組成。其中，乳化液泵站自動(dòng)化控制是基于其BARTEC電控系統(tǒng)的集中控制實(shí)現(xiàn)的。基于該電控系統(tǒng)能夠?qū)Ω鱾€(gè)泵及電機(jī)的運(yùn)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(duì)泵站系統(tǒng)中各個(gè)泵的啟動(dòng)、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(tái)柱塞泵，且每臺(tái)柱塞泵均由一臺(tái)電機(jī)控制。此外，還為噴霧泵站系統(tǒng)配置了一個(gè)水箱、兩臺(tái)增壓泵、一臺(tái)蓄能器等。同時(shí)，噴霧泵站系統(tǒng)的自動(dòng)化控制是基于BARTEC電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，該系統(tǒng)主要由主控臺(tái)、緊急集中控制箱、各個(gè)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(dòng)化均是基于BAR－TEC電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。BARTEC電控系統(tǒng)具備對(duì)現(xiàn)場(chǎng)泵站工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、控制以及報(bào)警等功能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面泵站系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。

3綜采設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)的試驗(yàn)應(yīng)用

3．1液壓支架自動(dòng)化控制的試驗(yàn)應(yīng)用效果

基于液壓支架的電液控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)液壓支架升柱、移架以及降柱等動(dòng)作完成手動(dòng)和自動(dòng)控制；實(shí)現(xiàn)液壓群的自動(dòng)化控制，根據(jù)采煤機(jī)的推進(jìn)速度及其實(shí)時(shí)位置實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)液壓支架的推溜、移架以及支護(hù)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(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)壓操作，并及時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架的閉鎖和停機(jī)操作，從而保證了綜采工作面的安全生產(chǎn)。

3．2采煤機(jī)自動(dòng)化控制的應(yīng)用效果

基于采煤機(jī)電控箱所設(shè)計(jì)的記憶截割功能能夠?qū)崿F(xiàn)采煤機(jī)自動(dòng)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(jī)的運(yùn)行狀態(tài)完成對(duì)采煤機(jī)截割深度、采煤高度等截割參數(shù)的自動(dòng)化控制，從而保證采煤機(jī)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(dòng)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(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面各個(gè)泵的啟動(dòng)、停止、加載或卸載等狀態(tài)的控制。此外，泵站系統(tǒng)各個(gè)泵的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)還可顯示于主控臺(tái)的LCD液壓顯示屏上。

4結(jié)語(yǔ)

綜采工作面設(shè)備的自動(dòng)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?duì)綜采設(shè)備（采煤機(jī)、液壓支架、泵站系統(tǒng)以及刮板輸送機(jī)等）進(jìn)行自動(dòng)化改造，優(yōu)化其自動(dòng)化控制技術(shù)，達(dá)到提升綜采設(shè)備的自動(dòng)化水平，最終實(shí)現(xiàn)綜采工作面高效、安全的生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

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作者：荊晶 單位：山西省陽(yáng)煤集團(tuán)