李林林

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的高度發(fā)展，對煤炭資源的需求越來越大，煤炭資源開采面向深部開采。深部開采時(shí)，面臨高瓦斯、高應(yīng)力、高地壓等安全隱患，如何最大限度地保證工作人員的人身安全成為重要問題。綜采工作面的自動(dòng)化能夠安全高效地回采煤炭資源，保證工作人員的生命安全，因此綜采工作面自動(dòng)化技術(shù)成為未來煤炭開發(fā)的重要發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：薄煤層；綜采工作面；自動(dòng)化技術(shù)；煤炭資源；煤炭開采 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TD823 文章編號：1009-2374（2015）30-0135-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.070

1 工程概況

某礦一水平東翼二采區(qū)某工作面埋深650m，煤層厚度約為2.3m，采用一次采全高綜采工藝。直接頂為泥巖，基本頂為細(xì)砂巖，由于地質(zhì)構(gòu)造等因素，該礦頂板為軟巖，由于工作面采高小，在回采的過程中容易發(fā)生冒頂事故，而且人員進(jìn)入工作面不方便作業(yè)，如何保證工作人員的安全問題成為一個(gè)重要的問題。該綜采工作面是該水平第一次采用自動(dòng)化回采技術(shù)。

2 綜采自動(dòng)化技術(shù)的組成

該工作面采用綜采自動(dòng)化回采技術(shù)，以綜采工作面的監(jiān)控中心為中心，采用自動(dòng)化控制結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對綜采設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。該綜采自動(dòng)化系統(tǒng)包括以下六個(gè)部分：（1）液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化及遠(yuǎn)程遙控；（2）采煤機(jī)自動(dòng)調(diào)高及遠(yuǎn)程遙控；（3）實(shí)現(xiàn)工作面數(shù)據(jù)集成、控制、視頻等集成為一體；（4）實(shí)現(xiàn)工作面工業(yè)以太網(wǎng)覆蓋；（5）全工作面視頻全景動(dòng)態(tài)監(jiān)控；（6）實(shí)現(xiàn)在地面視頻監(jiān)控。

3 各系統(tǒng)的工作原理

綜采自動(dòng)化主要由監(jiān)控中心、智能分站、工業(yè)以太網(wǎng)、全工作面視頻、無線傳輸、數(shù)據(jù)通信等組成。

3.1 工作面工業(yè)以太網(wǎng)

工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)的主要組成部分為交換機(jī)、光纜、智能分站等，其中智能分站每四個(gè)支架設(shè)置一臺，每臺智能分站配一個(gè)雙路電源。

設(shè)置兩對網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器配一臺單路電源，分別布置在采煤工作面上端到控制中心、控制中心到工作面下端，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器通過鋪設(shè)光纖相互連接，形成一個(gè)通路的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。工作面光纜走架間，采用熔接方式。智能分站間采用四芯鎧裝連接器連接。工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理方面采用虛線局域網(wǎng)，相互間不干擾工作，不會形成網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴，不會因?yàn)槟撑_機(jī)器的故障造成以太網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，而且采用了流量優(yōu)先級等級網(wǎng)絡(luò)帶寬的管理，使得最重要的數(shù)據(jù)能夠優(yōu)先傳輸，并且獲得最大的帶寬支持。

3.2 液壓支架視頻系統(tǒng)

井下的液壓支架視頻系統(tǒng)包括防爆攝像頭、視頻監(jiān)視器等，并且在一定數(shù)目的支架之間安設(shè)一臺防爆攝像頭在支架頂梁上方，并照向工作面方向。工作面的回采情況通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給配置在工作面運(yùn)輸順槽的視頻顯示屏上，時(shí)刻監(jiān)控工作面的生產(chǎn)運(yùn)行情況。

3.3 采煤機(jī)視頻系統(tǒng)

采煤機(jī)視頻監(jiān)視系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡(luò)攝像頭、視頻監(jiān)視器、視頻操作臺、安裝電纜及附件等組成。每四個(gè)支架安裝一臺網(wǎng)絡(luò)攝像頭，網(wǎng)絡(luò)攝像頭直接照向煤壁。網(wǎng)絡(luò)攝像頭的視頻數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心采煤機(jī)視頻監(jiān)視器顯示，監(jiān)視器顯示一路采煤機(jī)滾筒前的攝像頭，用以識別煤巖。

3.4 監(jiān)控中心

工作面液壓支架控制臺和采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制臺一般安放在工作面運(yùn)輸順槽的監(jiān)控中心處，工作人員通過視頻監(jiān)視系統(tǒng)對工作面的液壓支架和采煤機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，完成工作面的采煤、支護(hù)工作等一體化工作，這樣可以減少工作人員的勞動(dòng)程度，同時(shí)保障了工作人員的生命安全，降低了事故傷亡的發(fā)生。

3.5 采煤機(jī)自動(dòng)控制及遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

隨著機(jī)械化、自動(dòng)化程度的提高，現(xiàn)代化礦井成為一種主要的發(fā)展方向，通過遠(yuǎn)程控制采煤機(jī)，割煤、運(yùn)煤成為現(xiàn)代化礦井的一個(gè)重要標(biāo)志。采煤機(jī)的遠(yuǎn)程控制不僅能夠減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且可以減少粉塵對工作人員的危害，也能夠降低工作面?zhèn)鍪鹿实陌l(fā)生，采煤機(jī)械自動(dòng)化成為未來采煤發(fā)展的一個(gè)重要方向。

采煤機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)以高性能控制器為核心，在變頻調(diào)速電牽引采煤機(jī)控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、數(shù)字化傳感器技術(shù)、信息數(shù)據(jù)庫和信息融合模型技術(shù)，使采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)智能化控制。

3.5.1 采煤機(jī)自動(dòng)化控制。采煤機(jī)自動(dòng)化控制滾筒記憶截割系統(tǒng)，增設(shè)絕對地址編碼器和傾角傳感器，對采煤機(jī)沿工作面方向進(jìn)行精確自主定位，監(jiān)控機(jī)身姿態(tài)和搖臂采高工作姿態(tài)控制，通過學(xué)習(xí)方式建立位置、采高數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)滾筒記憶截割自動(dòng)調(diào)高作業(yè)；對薄煤型電牽引采煤機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，增加位置檢測、姿態(tài)檢測裝置、實(shí)現(xiàn)記憶截割自動(dòng)調(diào)高控制功能，增加遠(yuǎn)程通信接口，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中監(jiān)測與控制功能。

數(shù)字編碼器：安裝在采煤機(jī)牽引減速器的輸出軸上，編碼器通過固定的地址與工作面的對應(yīng)關(guān)系，從而確定出采煤機(jī)在工作面的相對位置。

傾角傳感器：根據(jù)其調(diào)高模型，由傳感器監(jiān)測左、右搖臂和機(jī)身姿態(tài)三個(gè)傾角，經(jīng)過信號處理，傳入PLC處理，再整合已知機(jī)身尺寸參數(shù)，就可以推導(dǎo)出精確的采高H數(shù)據(jù)。

3.5.2 記憶截割自動(dòng)調(diào)高。由司機(jī)操縱采煤機(jī)沿工作面煤層先割一刀，控制系統(tǒng)將采煤機(jī)位置、機(jī)身姿態(tài)、搖臂擺角進(jìn)行檢測參數(shù)等存入計(jì)算機(jī)，建立采煤機(jī)位置、搖臂采高數(shù)據(jù)庫，以后的截割行程由計(jì)算機(jī)根據(jù)存儲器記憶的參數(shù)自動(dòng)調(diào)高。如煤層條件發(fā)生變化，通過人工干預(yù)方式進(jìn)行調(diào)高，同時(shí)自動(dòng)記憶調(diào)整過的參數(shù)，作為下一刀調(diào)高的依據(jù)，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)滾筒記憶截割自動(dòng)調(diào)高作業(yè)。

3.5.3 遠(yuǎn)程通訊。系統(tǒng)以高性能LCP控制器為核心，基于CAN總線的網(wǎng)絡(luò)分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和遠(yuǎn)程通訊；CAN總線具有抗干擾性能強(qiáng)、通信速率高、通信距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，通信速率最高可達(dá)1Mbps，直接通信距離最遠(yuǎn)10km，非常適合用作工作面設(shè)備到集控中心的數(shù)據(jù)傳輸。

3.5.4 采煤機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控。采煤機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)采用組態(tài)軟件設(shè)計(jì)，以圖形界面動(dòng)態(tài)顯示采煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，記錄運(yùn)行參數(shù)及故障信息；系統(tǒng)具有手動(dòng)、定高和記憶截割三種運(yùn)行模式，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。遠(yuǎn)程監(jiān)控人機(jī)界面包括：顯示采煤機(jī)截割電流、牽引電流、滾筒采高、采煤機(jī)位置等常規(guī)參數(shù)狀態(tài)；具有采煤機(jī)滾筒左升、左降、右升、右降、下行、上行、截割啟動(dòng)、截割停止等操作按鈕；界面劃分為截割曲線欄，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)指示欄，中間信息欄，主控按鈕欄，模式切換欄，報(bào)警、參數(shù)設(shè)置欄，退出。另有快捷鍵說明。

4 結(jié)語

綜上所述，綜采工作面采用自動(dòng)化工作系統(tǒng)，能夠大大減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，最大限度地減少工作場所的人員數(shù)量，保證工作面人員生命安全，而且能夠提高工作面的回采效率，提高工作面的快速回采，有隱患安全時(shí)，能夠及時(shí)報(bào)警、及時(shí)處理，保證礦井的安全高效回采。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：蔣建華）endprint