翟文

(神華寧夏煤業(yè)集團(tuán) 梅花井煤礦,寧夏靈武 751400)

復(fù)雜地質(zhì)條件下綜采工作面跟機(jī)自動(dòng)化應(yīng)用研究

翟文

(神華寧夏煤業(yè)集團(tuán) 梅花井煤礦,寧夏靈武 751400)

以SAC液壓支架電液控制系統(tǒng)在梅花井煤礦1102206綜采工作面復(fù)雜地質(zhì)條件下應(yīng)用為例,詳細(xì)介紹了跟機(jī)自動(dòng)化電液控制系統(tǒng)的工作原理;闡述了滾筒采煤機(jī)綜采工作面中部段跟機(jī)自動(dòng)化技術(shù)的原理和實(shí)現(xiàn)方法;分析了影響液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化的因素,優(yōu)化了跟機(jī)自動(dòng)化的移架時(shí)間,并提出了解決方法。

跟機(jī)自動(dòng)化 電液控制系統(tǒng) 采煤機(jī)位置 移架時(shí)間

當(dāng)今綜采自動(dòng)化工作面,跟機(jī)自動(dòng)化技術(shù)根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測采煤機(jī)位置、通過傳感器實(shí)時(shí)檢測支架的狀態(tài),反饋給支架控制器,在采煤機(jī)位置前后所設(shè)定距離和范圍,執(zhí)行相應(yīng)的跟機(jī)移架動(dòng)作,使支架的步進(jìn)動(dòng)作完全自動(dòng)完成。跟機(jī)自動(dòng)化主要?jiǎng)幼靼ㄗ詣?dòng)跟機(jī)移架、自動(dòng)伸或收伸縮梁和護(hù)幫板、自動(dòng)推移刮板輸送機(jī)。通過研究分析自動(dòng)跟機(jī)移架過程中支架各動(dòng)作的時(shí)間關(guān)系,優(yōu)化了自動(dòng)跟機(jī)移架的時(shí)間,提高了生產(chǎn)效率。

圖1 支架電液控制結(jié)構(gòu)圖

1 1102206綜采工作面跟機(jī)自動(dòng)化簡介

1.1 跟機(jī)自動(dòng)化電液控制系統(tǒng)

1102206綜采工作面中使用北京天地瑪珂公司SAC電液控制系統(tǒng),該系統(tǒng)主要由支架控制器、網(wǎng)絡(luò)變換器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、隔離耦合器、壓力傳感器、角度傳感器、行程傳感器、紅外線采煤機(jī)位置檢測傳感器、工作面巷道監(jiān)主控計(jì)算機(jī)、本安電源箱、電液換向閥組和高壓過濾站等設(shè)備組成,如圖1所示[1]。

圖2 跟機(jī)自動(dòng)化回采工藝流程圖

圖3 工作面中部跟機(jī)自動(dòng)化動(dòng)作工藝流程圖

支架控制器用于采集傳感器數(shù)據(jù),并通過總線上傳到監(jiān)控中心的主控計(jì)算機(jī),傳感器用于采集支架工作阻力、行程及支架姿態(tài)等信息數(shù)據(jù),主要作用是實(shí)現(xiàn)液壓支架閉環(huán)控制過程中控制量的監(jiān)測與反饋,使液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化有序順利完成[2]。

1.2 跟機(jī)自動(dòng)化電液控制系統(tǒng)功能

跟機(jī)自動(dòng)化電液控制系統(tǒng)功能依據(jù)支架控制器檢測獲得采煤機(jī)位置信號(hào)傳給網(wǎng)絡(luò)變化器,由網(wǎng)絡(luò)變化器進(jìn)行采煤機(jī)位置識(shí)別,并將識(shí)別后的位置數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控中心主控計(jì)算機(jī)。根據(jù)綜采工作面作業(yè)規(guī)程,確定采煤機(jī)運(yùn)行到某一位置時(shí)來決定液壓支架的相應(yīng)動(dòng)作,這些操作要求被編成程序存入網(wǎng)絡(luò)變換器和主控計(jì)算機(jī)中,網(wǎng)絡(luò)變化器或主控計(jì)算機(jī)根據(jù)采煤機(jī)位置信息自動(dòng)發(fā)出命令,指揮相應(yīng)支架控制器完成這些操作,支架正常動(dòng)作過程完全自動(dòng)地進(jìn)行,從而實(shí)現(xiàn)跟機(jī)自動(dòng)化與割煤工藝要求和工作面地質(zhì)條件配合適應(yīng),解放勞動(dòng)力,提高生產(chǎn)效率。隨著綜采工作面條件發(fā)生變化,如需改變回采工藝,通過調(diào)整參數(shù)與采煤機(jī)動(dòng)態(tài)位置,實(shí)現(xiàn)支架控制器控制支架完成不同的工藝動(dòng)作?；夭晒に嚵鞒虉D如圖2所示[3]。

1.3 1102206綜采工作面簡介

梅花井煤礦1102206綜采工作面所采2-2煤層平均厚度3.5m,工作面走向長4200m,傾斜長223m,煤層傾角9°～20°度。工作面受背斜影響,煤巖層較為破碎,裂隙較發(fā)育,易造成漏頂和冒頂事故。工作面走向長,且走向起伏較大,頂板與底板為粉砂巖,屬復(fù)雜地質(zhì)條件。1102206綜采工作面選用交流變頻電牽引采煤機(jī)MG650/1710-WD、SZZ1200/525中雙鏈刮板轉(zhuǎn)載機(jī)、SGZ1000/2×855中雙鏈刮板輸送機(jī)和PLM4000輪式破碎機(jī)等作為割煤和運(yùn)煤系統(tǒng)。目前工作面共計(jì)有131架支架控制頂板,其中過渡架7架,型號(hào)分別為ZYG10000/18/37AD、ZYG10000/19/40B1D、ZYG10000/19/40BD;端頭架2架,型號(hào)ZYT10000/21/42D;基本支架122架,型號(hào)ZY10000/18/37D。

圖4 支架順序動(dòng)作與對應(yīng)時(shí)間

圖5 支架復(fù)合動(dòng)作與對應(yīng)時(shí)間

2 跟機(jī)自動(dòng)化回采工藝技術(shù)

2.1 跟機(jī)自動(dòng)化技術(shù)

跟機(jī)自動(dòng)化技術(shù)依據(jù)綜采工作面回采工藝與作業(yè)規(guī)程,需要分析采煤機(jī)位置與推移刮板輸送機(jī)、液壓支架前移之間的動(dòng)作關(guān)系。跟機(jī)自動(dòng)化以采煤機(jī)的位置和牽引方向?yàn)橹饕斎雲(yún)?shù),輸出參數(shù)則為液壓支架根據(jù)采煤機(jī)的位置和牽引方向來決定支架的動(dòng)作,自動(dòng)地完成綜采工作面液壓支架和刮板輸送機(jī)跟隨采煤機(jī)行走的所有功能動(dòng)作,如自動(dòng)收或伸護(hù)幫板、自動(dòng)移架、自動(dòng)推刮板輸送機(jī)、自動(dòng)收或打出伸縮梁等。

2.2 工作面中部跟機(jī)自動(dòng)化工藝流程

在啟動(dòng)自動(dòng)跟機(jī)模式后,支架的移動(dòng)是由控制器在收到安裝在采煤機(jī)上的紅外線發(fā)射器的信號(hào)后進(jìn)行控制的,得到信號(hào)的控制器變成了主控制器。在采煤機(jī)移動(dòng)方向的前方,支架的護(hù)幫板和伸縮梁被收回;在采煤機(jī)后面的區(qū)域內(nèi),支架順序向煤壁移動(dòng),在移動(dòng)之后刮板運(yùn)輸機(jī)也將會(huì)被推向煤壁方向。跟機(jī)自動(dòng)化動(dòng)作工藝流程圖如圖3所示。

采煤機(jī)當(dāng)前位置是以采煤機(jī)機(jī)身長度的中點(diǎn)所對應(yīng)液壓支架的架號(hào),也就是紅外線發(fā)射裝置被工作面液壓支架紅外線接收器所檢測到的位置。如圖3所示第31架,即表示當(dāng)前采煤機(jī)位置為31。

推溜距離表示采煤機(jī)行走時(shí)距離采煤機(jī)位置最近的能夠執(zhí)行自動(dòng)推移刮板輸送機(jī)的支架與采煤機(jī)當(dāng)前位置之間的距離,如圖3所示推溜距離為15,表示距離采煤機(jī)當(dāng)前位置為15的支架可以執(zhí)行自動(dòng)推移刮板輸送機(jī)動(dòng)作。推溜范圍表示推溜距離后面能夠執(zhí)行自動(dòng)推移刮板輸送機(jī)的支架范圍,如圖3所示推溜范圍為10,表示在這個(gè)范圍內(nèi)10個(gè)支架可以執(zhí)行自動(dòng)推移刮板輸送機(jī)動(dòng)作。移架距離表示采煤機(jī)行走時(shí)距離采煤機(jī)當(dāng)前位置與可以執(zhí)行自動(dòng)跟機(jī)移架動(dòng)作的最近支架之間的距離,如圖3所示移架距離為6,表示距離采煤機(jī)當(dāng)前位置為6的支架可以執(zhí)行自動(dòng)跟機(jī)移架動(dòng)作。移架范圍表示移架距離后面能夠執(zhí)行自動(dòng)跟機(jī)移架動(dòng)作的支架范圍,如圖3所示移架范圍為3,表示在這個(gè)范圍內(nèi)3個(gè)支架可以執(zhí)行自動(dòng)跟機(jī)移架動(dòng)作。

圖6 優(yōu)化后成租自動(dòng)移架流程

圖7 采煤機(jī)速度對成組自動(dòng)移架的影響

綜上所述,伸伸縮梁距離、收伸縮梁和護(hù)幫板距離表示可以執(zhí)行自動(dòng)伸伸縮梁動(dòng)作、收伸縮梁和護(hù)幫板動(dòng)作與采煤機(jī)當(dāng)前位置之間的距離。伸伸縮梁范圍、自動(dòng)收伸縮梁和護(hù)幫板范圍表示可以執(zhí)行伸伸縮梁以及收伸縮梁和護(hù)幫板的動(dòng)作范圍。

根據(jù)圖3所示的工作面中部跟機(jī)自動(dòng)化動(dòng)作工藝流程圖,當(dāng)采煤機(jī)割煤過程中,處于采煤機(jī)運(yùn)行方向前的支架執(zhí)行自動(dòng)收護(hù)幫板和伸縮梁動(dòng)作,運(yùn)行方向后的支架執(zhí)行自動(dòng)伸護(hù)幫板伸縮梁、自動(dòng)移架、自動(dòng)推溜的功能。

2.3 跟機(jī)自動(dòng)化割煤工藝技術(shù)

1102206綜采工作面自動(dòng)化割煤工藝為雙向全截深跟機(jī)自動(dòng)化割煤工藝,根據(jù)綜采工作面實(shí)際生產(chǎn)條件,將跟機(jī)自動(dòng)化割煤按照割煤位置的不同,又劃分為工作面中部跟機(jī)自動(dòng)化割煤和工作面端頭跟機(jī)自動(dòng)化割煤,按照先自動(dòng)跟機(jī)移架后自動(dòng)推溜的模式進(jìn)行割煤。本文以工作面中部跟機(jī)自動(dòng)化的割煤工藝進(jìn)行了分析,工作面中部跟機(jī)自動(dòng)化割煤階段嚴(yán)格按照工作面中部跟機(jī)自動(dòng)化動(dòng)作工藝流程進(jìn)行割煤,及時(shí)有效地支護(hù)頂板,從而實(shí)現(xiàn)1102206綜采工作面跟機(jī)自動(dòng)化作業(yè)。

3 跟機(jī)自動(dòng)化的優(yōu)化方案

3.1 優(yōu)化單架自動(dòng)移架的時(shí)間

單個(gè)支架的自動(dòng)移架完成收護(hù)幫板和伸縮梁、降柱、拉架、升柱、伸護(hù)幫板這五個(gè)基本動(dòng)作階段依次完成自動(dòng)移架動(dòng)作,如將這五個(gè)基本動(dòng)作階段之間可以復(fù)合的部分進(jìn)行同時(shí)動(dòng)作,從而有效節(jié)省自動(dòng)移架時(shí)間。從移架的基本動(dòng)作分析自動(dòng)移架的過程,可以在收護(hù)幫板和伸縮梁的同時(shí)進(jìn)行降柱,拉架到位后,可以將升柱的時(shí)間分為兩個(gè)階段,第一升柱階段當(dāng)支撐壓力達(dá)到過渡壓力時(shí),觸發(fā)伸護(hù)幫板動(dòng)作,第二升柱階段和伸出護(hù)幫板動(dòng)作同時(shí)完成。分析在滿足工況條件下的基本動(dòng)作階段之間可重合動(dòng)作的部分,最大程度優(yōu)化自動(dòng)移架時(shí)間。在泵站動(dòng)力源達(dá)到額定壓力,能夠滿足工作面現(xiàn)場工作壓力需求的情況下,通過測得單架執(zhí)行順序動(dòng)作完成移架需要21s,如圖4所示。

如果將收護(hù)幫板和伸縮梁動(dòng)作和降住動(dòng)作這兩個(gè)階段同時(shí)進(jìn)行,在收護(hù)幫板和伸縮梁第2s時(shí)觸發(fā)降住,可以節(jié)省2s移架時(shí)間;在升柱第2s時(shí)觸發(fā)伸護(hù)幫板動(dòng)作,可以節(jié)省2s移架時(shí)間。綜上所得,單架自動(dòng)移架時(shí)間得到優(yōu)化后,共需17s完成自動(dòng)移架所有動(dòng)作,如圖5所示。

3.2 優(yōu)化成組自動(dòng)移架時(shí)間

分析單架自動(dòng)移架時(shí)間得知,將單架移架復(fù)合的部分進(jìn)行同時(shí)動(dòng)作完成移架,可以減小單架自動(dòng)移架時(shí)間。如果進(jìn)行成組自動(dòng)移架,考慮對頂板的及時(shí)有效支護(hù),兩架間相隔一架同時(shí)進(jìn)行移架動(dòng)作。同理,支架與支架之間重疊動(dòng)作越多,則整體成組自動(dòng)移架的時(shí)間將減小,在1、3號(hào)架移架升柱達(dá)到過渡壓力時(shí),開始觸發(fā)2、4架開始進(jìn)行自動(dòng)移架動(dòng)作;在2、4架移架升柱達(dá)到過渡壓力時(shí),觸發(fā)5、7架開始進(jìn)行自動(dòng)移架動(dòng)作。以此類推,6、8架也遵循次規(guī)則進(jìn)行自動(dòng)移架,如圖6所示。

分別在不同情況下,對成租自動(dòng)移架所需時(shí)間進(jìn)行分析對比,以8個(gè)支架為單位進(jìn)行成組移架為例,單架順序動(dòng)作移架時(shí)間需要21s,如圖4所示,如果進(jìn)行成組自動(dòng)移架,需要21s×4=84s;如果以優(yōu)化后的單架自動(dòng)移架時(shí)間17s,如圖5所示,進(jìn)行成組自動(dòng)移架,需要17s×4=68s;以優(yōu)化后的單架自動(dòng)移架達(dá)到過渡壓力時(shí),開始觸發(fā)下一組支架進(jìn)行移架動(dòng)作,共需62s完成這8個(gè)支架的移架動(dòng)作,如圖6所示。

3.3 采煤機(jī)牽引速度對跟機(jī)自動(dòng)化的影響

采煤機(jī)牽引速度是影響自動(dòng)跟機(jī)移架重要因素,當(dāng)采煤機(jī)位置觸發(fā)下一組支架跟機(jī)移架之前,上一組支架已經(jīng)完成自動(dòng)跟機(jī)移架,這種情況可以滿足綜采工作面自動(dòng)跟機(jī)移架有序進(jìn)行。如果采煤機(jī)牽引速度過快,1、3架正在進(jìn)行自動(dòng)跟機(jī)移架,2、4架在等待1、3架移架升柱達(dá)到過渡壓力時(shí)觸發(fā)自動(dòng)移架,而此時(shí)采煤機(jī)位置信息已經(jīng)開始觸發(fā)5、7架自動(dòng)跟機(jī)移架,導(dǎo)致2、4架的移架動(dòng)作被推遲,將自動(dòng)跟機(jī)移架越來越滯后于采煤機(jī),不能及時(shí)有效支護(hù)頂板,容易造成漏頂、冒頂事故,采煤機(jī)牽引速度對跟機(jī)自動(dòng)化影響,如圖7所示。

1102206綜采工作面現(xiàn)供液系統(tǒng)為四臺(tái)乳化泵、兩個(gè)混合箱,供液管路為單進(jìn)單回,工作面正常生產(chǎn)割煤時(shí),啟動(dòng)兩臺(tái)乳化泵工作,另外兩臺(tái)備用。當(dāng)采煤機(jī)速度超過每分鐘10米時(shí),自動(dòng)跟機(jī)移架、推溜會(huì)因供液動(dòng)力不足,導(dǎo)致有丟架或移架不到位現(xiàn)象。建議將工作面供液管路鋪設(shè)為雙進(jìn)雙回,形成環(huán)形供液系統(tǒng),提高工作面供液能力。

4 結(jié)語

(1)介紹了跟機(jī)自動(dòng)化電液控制系統(tǒng)的組成與功能,分析了1102206綜采工作面中部跟機(jī)自動(dòng)化的工作原理、實(shí)現(xiàn)方法和動(dòng)作工藝流程,并對工作面跟機(jī)自動(dòng)化割煤工藝進(jìn)行了闡述說明。(2)在單架順序動(dòng)作自動(dòng)移架完成的基礎(chǔ)上,分析單架順序自動(dòng)移架的動(dòng)作之間的關(guān)系,對各動(dòng)作之間可以復(fù)合的部分進(jìn)行優(yōu)化,節(jié)省了單架移架的時(shí)間;針對成組自動(dòng)移架過程中支架與支架之間的重疊動(dòng)作,提出了成組移架的優(yōu)化方案,節(jié)省了整個(gè)工作面的自動(dòng)移架時(shí)間。對單架移架和成組移架的優(yōu)化方案,已應(yīng)用于1102206綜采工作面自動(dòng)跟機(jī)移架實(shí)際生產(chǎn)過程中,提高了生產(chǎn)效率。(3)分析了采煤機(jī)牽引速度對跟機(jī)自動(dòng)化的影響,建議將工作面供液管路鋪設(shè)為雙進(jìn)雙回,形成環(huán)形供液系統(tǒng),提供充足供液動(dòng)力。

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[2]李首濱,韋文術(shù),牛劍鋒.液壓支架電液控制及工作面自動(dòng)化技術(shù)綜述[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2007,35(11):1-5.

[3]張守祥,王汝琳,等.綜采跟機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)分析與建模[J].工礦自動(dòng)化,2006(4):4-7.

The paper introduces in detail the automation followed with coal shearer working principle of electric hydraulic control system according to the fact that the electro-hydraulic control system of SAC hydraulic support is used in the complex geological conditions in 1102206 working face of Meihuajing colliery. The automation technology principle and its realization method of the middle section of fully mechanized working face of follow shearer is described. The influence factors of the automation of hydraulic support following coal shearer is analyzed. The time of shifting shelf is optimized and proposed solutions are given.

automation followed with coal shearer electric hydraulic control system coal shearer position support advancing time

翟文(1976.5-),男,碩士研究生,高級(jí)工程師,注冊安全工程師,1997年8月參加工作,一直從事采礦技術(shù)管理工作,現(xiàn)任神寧集團(tuán)梅花井煤礦生產(chǎn)副礦長。