综放工作面远程控制自动化系统的应用--中国期刊网

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综放工作面远程控制自动化系统的应用

发表时间：2020/8/11 来源：《基层建设》2020年第10期作者：扶寄民

[导读] 摘要：针对综放智能化成套设备系统可靠性、跟机自动移架及智能放煤可控性与放顶煤煤岩识别准确性三大煤层综放工作面智能控制技术发展制约因素，提出了供液系统的多级过滤智能控制技术、综放工作面液压支架记忆放煤技术与放顶煤煤岩识别技术三大关键技术。

        四川大唐国际甘孜水电开发有限公司四川省甘孜藏族自治州康定市 626001
        摘要：针对综放智能化成套设备系统可靠性、跟机自动移架及智能放煤可控性与放顶煤煤岩识别准确性三大煤层综放工作面智能控制技术发展制约因素，提出了供液系统的多级过滤智能控制技术、综放工作面液压支架记忆放煤技术与放顶煤煤岩识别技术三大关键技术。
        关键词：综放工作面智能开采；数字矿山
        引言
        煤矿智能化开采是实现我国煤炭工业高质量发展的核心支撑技术之一，特别是占我国煤炭产能比例最大的中厚及煤层实现智能化开采意义重大。某煤矿综放工作面现场开采条件复杂、安全生产隐患大、不可控因素多、辅助运输系统乱，为了减少综放工作面的人员数量、避免作业人员伤亡、保障安全生产，本文在8207综放工作面率先应用远程控制自动化系统，该项工作对于在全矿井范围内进行远程控制自动化全面改造具有积极的推广作用，符合矿井信息化、智能化建设的进展要求。
        1国内外工作面自化和智能化开采技术现状
        首先是国际上工作面智能化开采现状。LASC系统通过采用军用高精度光纤陀螺仪和定制的定位导航算法，实现了采煤机位置三维精确定位（误差±10cm）、工作面矫直系统（误差±50cm）和工作面水平控制。到2008年，澳大利亚联邦科学与工业研究组织对LASC系统进行了长时间的优化，将LASC技术集成到对应的煤机设备上。自2009年惯导系统向市场推出，到2015年底，澳大利亚已有超过60%的综采工作面使用了LASC系统，2012年开始，美国和欧洲的一些矿井也开始推广使用该系统。2014年CSIRO预计未来10年内澳大利亚80%的煤矿，欧美地区的大部分矿井都将使用LASC系统。根据CSIRO在2014年底发布的统计数据，使用LASC系统的工作面和矿井生产效率提升了5%~25%。其次是国内工作面智能化开采现状。目前，国内虽然还没有与澳大利亚LASC系统相媲美，由行业协会组织，国家级研究院所牵头统一组织研发的工作面开采自动化系统体系。近两年国内工作面自动化开采技术以天地科技北京天玛公司的SAM综采工作面自动化系统为代表，系统秉承“工作面自动控制为主，监控中心远程干预为辅”的监控理念，设计了人工干预下的综采工作面自动化采煤工艺，在国内煤矿工作面自动化开采上取得了很大突破。系统实现的主要功能包括：通过多方位、多层次的感知能力，感知工作面装备和环境状况；通过千兆或以上级别的工作面环网通道，实现了液压支架的自动跟机移架，输送机负荷平衡控制，采煤机与运输机的协同工作及工作面生产状况的全方位监控。当前，国内外综采工作面自动化和智能化开采以一次采全高工作面为主，综采放顶煤工作面放煤过程的自动化和智能化尚处在研究阶段。
        2综放工作面远程控制自动化系统的应用
        2.1系统功能概述
        （1）实现工作面设备的自动化运行和在地面调度中心对综采工作面设备的集中控制和干预，包括对艾柯夫采煤机、液压支架、工作面泵站、工作面运输机、顺槽胶带运输机等的急停、启停控制、参数调整和程序在线监视和修改等。（2）具有在监控中心对工作面设备数据集成、处理、故障报警和管理等功能。（3）具有工作面视频图像实时采集和存储功能，能够对工作面主要设备进行实时监控，对采煤机自动图像跟随等。（4）当综采工作面集中自动化控制系统出现故障时，各子系统不受集中自动化控制系统影响，各子系统能单独开车，确保生产不受影响。（5）对工作面设备状态和工况进行监测，包括采煤机、运输机、液压支架、泵站系统、工作面设备与监控中心主机的通信状态、负荷中心报警信息及工作面沿线语音闭锁状态。具有历史故障查询功能，所有可能出现故障的地方进行记录等。

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可在监控中心进行工作面视频显示，可对视频进行管理，查询，存储等。
        2.2数据集成与传输系统
        数据集成与传输系统利用工业以太网来实现数据的集成和高速传输功能，通过布置于8207综放工作面的顺槽监控中心，可实现对工作面机电设备的相关数据集成、处理、管理以及故障诊断等相关功能。具体布置情况如下：（１）工作面以6个液压支架为一组，按照工作面实际拥有120个液压支架，共布置20组，将１台本安型综采综合接入器安装于各组液压支架的首架中，如图１所示分别布置于支架１、支架７、…、支架５５、…、支架１０９、支架１１５。（２）工作面顺槽监控中心安装２台矿用本安型光电转换器，工作面机头和机尾各安装１台矿用本安型光电转换器，共计４台矿用本安型光电转换器。利用矿用稳压电源为矿用本安型光电转换器供电，运用矿用光缆将工作面顺槽监控中心到机头以及工作面顺槽监控中心到机尾之间的数据传输互联，从而实现百兆级别的工业以太环网。（３）工作面中各接入器均可成为工业以太网中的一个节点，各个节点均可共享工业以太网的相关数据和信息，并搜集传输模拟量和数字量。
        2.3工作面设备远程控制关键技术
        首先是液压支架远程控制技术。将液压支架远程操控台布置于工作面顺槽监控中心，利用支架视频显示器、电液控数据显示器等辅助手段，完成液压支架的推溜、降架、拉架、升架等单架动作和跟机移架的成组移架动作，以实现液压支架的远程操作控制功能，控制延时不超过500ms。其次是工作面三机工况监控与集中控制技术。调度操作员能够对现场生产过程中的三机设备工况进行实时监控，并可通过语音通信功能与相关作业人员之间进行通信。利用工作面顺槽监控中心的一键启停功能可使工作面三机设备按预先设定顺序自动启停，三机设备的数据信息可实现高速上传和控制信号下达，控制延时不超过500ms。其中，三机设备启动顺序依次为破碎机—转载机—刮板运输机，三机设备停止顺序为刮板运输机—转载机—破碎机。除此之外，调度操作员还可以通过工作面顺槽监控中心对井下突发情况进行远程干预。
        2.4采煤机远程控制，采煤机提供CAN通讯接
        口，使用一对CAN转光纤模块，通过Modbus-TCP通讯协议与自动化控制系统进行数据交互，远程控制延时不大于500ms。主要传输数据包括：牵引电机及滚筒电机运行电流、摇臂轴温、左右滚筒高度及卧底量；采煤机的行走速度，采煤机的俯仰角及采煤机行走方向；液压系统备压压力及泵箱内液压油的高度，冷却水流量、压力，油箱温度等。采煤机远控功能主要包括：采煤机自动运行启停控制，采煤机采高设定、牵引方向设定、运行速度上限设定、牵引投入、切除等参变量修改和调整。（4）破碎机、转载机、刮板运输机及胶带输送机的集中控制工作面刮板运输设备控制系统、顺槽皮带控制系统通过在工作面控制台集成控制，实现在控制台对工作面三机、顺槽皮带的状态监测及集中控制功能。工作面破碎机、转载机及刮板运输机本身控制系统具备对每台减速器及电动机进行温度、压力、流量、位移、转速等参数的检测。（5）泵站系统的集中控制泵站集中控制系统与工作面控制台通过MODBUSRTU或TCP/IP进行通讯。
        结语
        总之，随着煤矿设备的自动化程度的不断提高，智能开采技术不断地发展，在不远的将来，智能工作面将能大大提高煤矿工人的工作环境，打造一个更安全的数字化矿山，智能化矿山。
        参考文献：
        [1]牛克洪.新时代煤炭工业发展八大新取向研究[J].煤炭经济研究，2019，39（5）：61-64.
        [2]王莉.智慧矿山概念及关键技术探讨[J].工矿自动化，2014，40（6）：37-41.