綜采工作面設備自動化方案設計及試驗

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摘要：針對當前對煤礦綜采工作面采煤效率要求越來越高的現狀，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備的自動化生產能力相匹配。以山西某礦31105工作面為研究對象，在分析其地質水文、煤層、頂底板情況和當前應用于該工作面綜采設備類型及參數的基礎上，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。經試驗應用表明，綜采設備的自動化技術能夠提升工作面的自動化水平，為提升綜采工作面的產煤效率奠定了基礎。

關鍵詞：采煤機；液壓支架；泵站系統；記憶截割；采煤效率

引言

統計數據顯示，目前我國煤炭的生產量和消耗量占據世界第一，而且在未來很長一段時間內煤炭依然會在我國能夠結構中占據主導地位。可想而知，煤炭在我國國民經濟發展中有著關鍵的作用。為了提升綜采工作面煤炭的生產效率，保證日常生活和生產的需求，需根據工作面地質水文、煤層以及瓦斯等情況優化采煤工藝，并選擇最為合適的綜采設備。綜采設備的自動化水平直接決定工作面的生產效率。此外，提升綜采設備的自動化程度在提升其生產效率的同時還能夠減輕作業人員的勞動強度，實現對設備的實時在線監測，及時對設備故障進行報警和處理［1］。本文著重對綜采工作面的設備自動化方案進行設計，并將方案應用于實際生產中。

1工程概況

31105工作面為山西某礦井呈現南北走向的工作面，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，煤層頂底板情況如表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工作面的綜采設備的參數如表2所示。

2工作面自動化方案設計

根據在工作面綜采設備發揮重要的權重對比，實現液壓支架、采煤機、泵站的集中控制。

2．1液壓支架自動化的實現

液壓支架自動化是基于其電液控制技術實現的。工作面每個液壓支架均由一臺控制器對其運行參數進行控制，且各個液壓支架的控制器可相互通信，從而形成一個組網。各個液壓支架的控制器是通過干線電纜相互連接形成網絡的［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進行監測，并通過控制電液閥的開口實現液壓支架的控制。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的行程；紅外線接收器用于監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如圖1所示。通過單個液壓支架自動化功能的實現，并基于干線電纜將各個液壓支架控制器連接為一個組網，實現液壓支架的自動化控制。

2．2采煤機自動化的實現

采煤機自動化功能是基于其電控箱實現的。電控箱能夠對采煤機各個部件的電機運行狀態進行監測，并將監測到的數據上傳至采煤機的中控中心，從而根據工作面的情況和采煤機各電機的運行狀態提出對應的控制策略，實現對采煤機電機及液壓系統的控制［4］。采煤機自動化功能實現的過程如圖2所示。采煤機自動化實現的數據基礎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人員最小干預下實現截割任務，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。其中，兩個角度傳感器對搖臂升降角度的監測；兩個角度傳感器對采煤機機身橫向和縱向角度進行監測；齒輪傳感器對采煤機牽引齒輪的轉速進行監測。通過手動割煤狀態對相關數據進行采集，繼而完成對數據的記憶；學習狀態對采集到的數據進行記憶；自動狀態為基于所記憶到割煤數據完成自動截割任務。

2．3泵站自動化控制的實現

綜采工作面的泵站系統主要包括乳化液泵站和噴霧泵站系統，泵站系統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提供動力或乳化液。該工作面的泵站系統由四臺乳化液泵、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電控系統的集中控制實現的。基于該電控系統能夠對各個泵及電機的運行狀態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］。噴霧泵站系統為保障工作面安全生產的關鍵系統，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，噴霧泵站系統的自動化控制是基于BARTEC電控系統實現的，該系統主要由主控臺、緊急集中控制箱、各個泵的控制單元和相關的通信模塊等組成。綜上所述，工作面泵站系統的自動化均是基于BAR－TEC電控系統實現的。BARTEC電控系統具備對現場泵站工作狀態的監測、控制以及報警等功能，從而實現對工作面泵站系統的自動化控制。

3綜采設備自動化技術的試驗應用

3．1液壓支架自動化控制的試驗應用效果

基于液壓支架的電液控制系統實現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；實現液壓群的自動化控制，根據采煤機的推進速度及其實時位置實現對多個液壓支架的推溜、移架以及支護等操作。此外，基于電液控制系統當液壓支架出現卸載等情況時能夠實現自動補壓操作，并及時實現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。

3．2采煤機自動化控制的應用效果

基于采煤機電控箱所設計的記憶截割功能能夠實現采煤機自動化割煤生產，期間能夠根據頂板壓力、截割受力以及采煤機的運行狀態完成對采煤機截割深度、采煤高度等截割參數的自動化控制，從而保證采煤機在作業人員最小操作下完成截割任務。

3．3泵站系統自動化控制的應用效果

基于泵站系統BARTEC電控系統的集中控制系統能夠根據泵站系統的運行狀態實現對工作面各個泵的啟動、停止、加載或卸載等狀態的控制。此外，泵站系統各個泵的運行狀態參數還可顯示于主控臺的LCD液壓顯示屏上。

4結語

綜采工作面設備的自動化水平直接決定綜采工作面的生產能力和采煤效率。因此，在綜合考慮成本和收益的基礎上，適當地對綜采設備（采煤機、液壓支架、泵站系統以及刮板輸送機等）進行自動化改造，優化其自動化控制技術，達到提升綜采設備的自動化水平，最終實現綜采工作面高效、安全的生產。

參考文獻

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

［2］于勵民．利用國產裝備實現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綜述［J］．煤炭科學技術，2013（S2）：282－284．

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

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

作者：荊晶 單位：山西省陽煤集團