談智能綜采工作面集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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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(jì)原則和要求，包括：實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、可視化、安全性及通用性和擴(kuò)展性；從四方面分析了實(shí)現(xiàn)綜采工作面集中控制的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并從遠(yuǎn)程監(jiān)測和遠(yuǎn)程控制的角度闡述了系統(tǒng)所能實(shí)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(jī)械化采煤法，綜合機(jī)械化采煤具有諸多優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)工作面的高產(chǎn)高效開采，提高工作面的機(jī)械化程度[1]。綜采面的另一個(gè)顯著特點(diǎn)是機(jī)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(duì)單個(gè)設(shè)備安裝了實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，以降低其發(fā)生故障的概率，并可實(shí)現(xiàn)單個(gè)設(shè)備的自動(dòng)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(tái)設(shè)備之間缺乏協(xié)同性控制，存在著安全風(fēng)險(xiǎn)，故對(duì)綜采工作面集中控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究具有極高的工程價(jià)值[4-5]。

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jìn)行連續(xù)作業(yè)。為消除因人的經(jīng)驗(yàn)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(xiǎn)，本文設(shè)計(jì)和研究了綜采工作面集中控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需滿足以下基本原則：(1)實(shí)時(shí)性隨著采煤工作面的推進(jìn)，作業(yè)設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)也會(huì)隨之改變，處于動(dòng)態(tài)變化之中，因此，綜采工作面集中控制系統(tǒng)需實(shí)時(shí)的對(duì)設(shè)備進(jìn)行參數(shù)采集和控制，使作業(yè)設(shè)備協(xié)同運(yùn)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(dá)到抵抗干擾，持續(xù)運(yùn)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(jìn)行遠(yuǎn)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(shí)，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(kuò)展性為達(dá)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(kuò)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(jià)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(dòng)或停車順序錯(cuò)誤，一鍵啟停技術(shù)包括以下幾點(diǎn)：①逆煤流順序啟動(dòng)綜采工作面的各工序之間需相互配合才能達(dá)到高效率開采的目的，采煤機(jī)割落的煤需通過刮板輸送機(jī)運(yùn)出工作面，為避免堆煤的發(fā)生，綜采面設(shè)備啟動(dòng)必須符合“逆煤流順序啟動(dòng)”原則。即按照膠帶機(jī)、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)的順序進(jìn)行啟動(dòng)，為保證作業(yè)人員得安全，每臺(tái)設(shè)備啟動(dòng)前進(jìn)行15s的語音報(bào)警。②順煤流停機(jī)當(dāng)綜采工作面停止作業(yè)時(shí)，為避免設(shè)備運(yùn)輸負(fù)荷過大，造成設(shè)備壓死，同時(shí)，方便下次啟動(dòng)，需遵循“順煤流停機(jī)”的原則進(jìn)行操作。即按照采煤機(jī)、刮板機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、膠帶機(jī)的順序停機(jī)（圖1）。系統(tǒng)可自動(dòng)根據(jù)運(yùn)輸設(shè)備的負(fù)荷量來判斷運(yùn)輸設(shè)備是否還擔(dān)負(fù)運(yùn)輸任務(wù)，若運(yùn)輸設(shè)備負(fù)荷量為0則對(duì)該運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行停機(jī)操作，依次類推，實(shí)現(xiàn)順序停機(jī)。(2)采煤機(jī)工藝段內(nèi)姿態(tài)自動(dòng)調(diào)整根據(jù)采煤機(jī)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(jìn)刀段和割三角煤段（圖2）。采煤機(jī)由上一工藝段進(jìn)入下一工藝段時(shí)，需進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，綜采面集中控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)姿態(tài)自動(dòng)調(diào)整的原理為：對(duì)液壓支架進(jìn)行編號(hào)，在采煤機(jī)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(jī)運(yùn)行時(shí)可通過液壓支架編號(hào)來識(shí)別采煤機(jī)的位置。當(dāng)系統(tǒng)識(shí)別到采煤機(jī)需進(jìn)入下一工藝段時(shí)，便可發(fā)出控制命令，進(jìn)行采煤機(jī)姿態(tài)的自動(dòng)調(diào)整。(3)液壓支架和采煤機(jī)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(hù)頂、推溜等重要作用，同時(shí)，液壓支架與采煤機(jī)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(jī)與液壓支架上的紅外設(shè)備判斷采煤機(jī)所處位置和所處的工藝段，對(duì)需進(jìn)行調(diào)整的液壓支架下發(fā)指令，液壓支架自動(dòng)完成調(diào)整動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)液壓支架和采煤機(jī)的協(xié)同控制。液壓支架和采煤機(jī)的協(xié)同控制示意圖如圖3所示。(4)運(yùn)輸設(shè)備載荷量控制綜采工作面的運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)輸能力需與采煤設(shè)備相匹配，由于運(yùn)輸設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)行時(shí)間長常出現(xiàn)各類故障，如電機(jī)發(fā)熱、振動(dòng)，皮帶撕裂、斷裂等。若運(yùn)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(yùn)輸設(shè)備上安裝重量傳感器的方法來對(duì)運(yùn)輸設(shè)備的負(fù)荷量進(jìn)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(dòng)停止運(yùn)輸并發(fā)出報(bào)警。

3.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

(1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)綜采工作面集中控制系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)、通信、信號(hào)處理等多種技術(shù)開發(fā)和設(shè)計(jì)的，該系統(tǒng)將實(shí)時(shí)采集到的綜采工作面作業(yè)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)上傳到計(jì)算機(jī)中心，進(jìn)行數(shù)據(jù)的挖掘和處理，之后，下達(dá)控制命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(gè)層次，即綜采設(shè)備層、機(jī)載控制層、計(jì)算機(jī)控制層，綜采設(shè)備層主要是指采煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)等各類綜采設(shè)備；機(jī)載控制層是對(duì)綜采面作業(yè)設(shè)備進(jìn)行電控及參數(shù)采集的系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)控制層則對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，下達(dá)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(shí)現(xiàn)以下功能：①遠(yuǎn)程監(jiān)測遠(yuǎn)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(yuǎn)程監(jiān)測是通過安裝在綜采面設(shè)備上的信號(hào)傳感器、攝像頭等來對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，監(jiān)測到的信號(hào)可直接在地面控制系統(tǒng)中顯示。②遠(yuǎn)程控制遠(yuǎn)程控制是綜采工作面集中控制系統(tǒng)的核心功能，遠(yuǎn)程控制可實(shí)現(xiàn)人員不進(jìn)入作業(yè)面，多機(jī)協(xié)同控制，達(dá)到高產(chǎn)高效的目的，同時(shí)，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(shí)際需要，遠(yuǎn)程控制可在全自動(dòng)、半自動(dòng)模和手動(dòng)式之間進(jìn)行切換，若遇到設(shè)備檢修等情況，需切換到手動(dòng)模式，進(jìn)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(jì)原則和要求，包括：實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、可視化、安全性及通用性和擴(kuò)展性。（2）從綜采設(shè)備一鍵啟停技術(shù)、采煤機(jī)工藝段內(nèi)姿態(tài)自動(dòng)調(diào)整、液壓支架和采煤機(jī)的協(xié)同控制和運(yùn)輸設(shè)備載荷量控制等方面，分析了實(shí)現(xiàn)綜采工作面集中控制的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并闡述了系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的主要功能。

【參考文獻(xiàn)】

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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