煤矿自动化无人综采工作面探究及发展方向.docx

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煤矿自动化无人综采工作面探究及发展方向

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（山西晋城煤业集团古书院矿山西晋城048000）

摘要：

该文简述了煤矿自动化综采工作面的发展方向，利用自动化科学技术，通过工作面集控中心，对综采工作面设备进行集中控制，实现割煤、移架、移刮板输送机、落煤和顶板支护等生产程序远程自动化无人控制。

同时，通过网络传输系统，可实现地面可视监控。

关键词：

综采工作面;自动化

1概述

综采工作面是煤矿生产最前沿的工作环节，也是最复杂的工作环节。

其设备数量多，设备之间互相制约、相互协调，任何单一设备都无法脱离其它设备而单独完成任务。

同时这些设备的任何一个动作还受地质条件的限制。

一个标准的综采工作面一般要由200-300台设备构成，核心设备有采煤机、刮板运输机、液压支架、转载机、破碎机和皮带运输机，其中仅液压支架就有100-250架之多。

不熟练的工作人员，人工操作都非常困难，实现自动化的难度可想而知。

通过研究，发现要想实现综采工作面的自动化运行，必须对综采工作面的设备有一个重新的认识和定位，必须打破原有的在人工操作基础上以单机为控制目标的传统思路，打破设备生产厂家的界限、打破设备功能的界限、破除单机智能化的传统研究思路，从工作面整体采煤的思路来看待每一台设备。

其实它们都仅仅是一个大机器的一部件而已，所有的工作和动作多是为完成一个任务----采煤，都应在一控制中心的统一协调控制下工作。

2无人自动化工作面系统

从工作面整体自动化的角度，把综采工作面的设备分为三大类：

生产设备、辅助设备、工作面控制中心：

其中生产设备包括“主要采煤设备、转载运输设备”；辅助设备包括“动力中心、泵站”等；控制中心是自动化工作面的中枢神经，包括工作面整体操作平台、主采机组机控制站、转载运输控制站、视频监测中心、通讯调度中心等，如下图所示。

2.1生产设备包括主要采煤设备、转载运输设备

（1）主要采煤设备是整个综采工作面的核心设备，我们不妨把它称作“主采机组”这里把工作面的三机“采煤机、运输机、和工作面支架”看成是一个大型设备。

由于这三种设备结构上相互连接、动作上互相制衡、位置上相互重叠。

故从自动控制的角度来看是不可分割的一个整体，应把它当成一台大型成套设备来看待，控制也应由一个控制中心统一指挥。

操作人员可在顺槽的操作列车上，对设备进行操控，实现采煤机自动行走、自动割煤、自动支护、自动装煤、自动运煤。

如图所示。

（2）转载运输设备包括转载机、破碎机、皮带机和超前支护设备，是综采工作面的接续设备，主要完成煤炭的连续运输工作。

因其与主采设备无直接连接，并可单独运动，所以可做为接续设备在控制中心与主采机组进行连锁控制，实现顺煤流起车、逆煤流留停车和紧急停车等功能。

超前支护设备虽然也是靠液压进行行走控制，但控制过程和方式与工作面支架不尽相同，而且可以独立于工作面支架而单独行动。

它的主要防护对象也是转载机和破碎机等，所以也把它做为转载运输设备的一部分来处理，转载运输设备与主采机组通过工作面控制中心进行连锁控制。

2.2辅助设备

辅助设备一般是指设备到车上的所有动力保障设备。

辅助设备包括动力中心、泵站、清水站等。

动力中心是为整个工作面所有设备提供电力，控制中心可通过网络对其任何一个动作进行控制，并可读取每一路线的所有电气参数及开关状态。

泵站是液压支架的动力源，可通过控制中心进行集中控制，完成自动配液、软化处理、压力检测、水位控制、泵组开停及各种保护。

2.3工作面控制中心

工作面控制中心是综采工作面由机械化向自动化过度的关键设备，包括主采机组机控制站、转载运输控制站、视频监测系统、工作面整体操作平台等。

（1）主采机组机控制站：

主要是负责直接采煤设备的控制，把采煤机、刮板机、工作面支架这三大组成部分当成一个整体设备进行控制。

它可完成采煤工作的各采煤工艺的控制。

取代智能采煤机中的智能化部分，如：

记忆切割、煤岩分界识别等特殊功能。

使采煤回归到原来的基本功能，主要完成牵引行走、割煤、喷雾和参数采集等功能。

而计算量较大的智能控制功能，上交到主采机组控制站，由控制站结合运输机、支架的工作状况及具体位置，同时要结合当时的地质条件和瓦斯的变化情况进行协调控制。

同时也取代了电液控制系统的部分高端控制要求：

如。

在主采机组控制站，可选择“远程”单体和“远程”自动操作，在“远程”单体模式下，用户可通过自动化集控计算机画面的手动控制按钮，实现支架控制系统的单架单功能控制、单步操作、手动成组操作，如支架立柱升、降；移架、推溜、侧护板伸；底调、平衡、支架小循环自动控制；成组支架降、移、升工作循环自动控制（成组自动控制，包括：

成组自动推溜、成组自动降—移—升、成组自动支架前端辅助采煤机喷雾、成组自动移架喷雾）；在远程自动模式下，液压支架会跟随采煤机的运行而进行相应的移架、自动推溜操作、自动降---移---升、自动支架前端辅助采煤机喷雾。

根据电液控制系统采集的工作面的各种参数，可在主采机组控制站的计算机上设置相关自动追机拉架、设定控制支架的推移步距、斜切进刀、调斜等工艺过程的参数调整和命令发布；在主采机控制中心的计算机上具有对支架控制系统的故障诊断、显示和报警功能。

使电液控制系统回归到原始的执行机构的作用上，同时可保留一些常规操作。

支架电液控制系统有“就地”和“远程”控制，在“就地”模式下，可实现单台支架降、移、升工作，就地手动具有最高的优先权，就地手动时可以屏蔽掉远程控制命令。

运输机的在线监测本来也是一个无实际应用作用的中间功能，也归入到主机控制中心。

同时可对运输机进行自动调链和张紧的控制，还可引入变频驱动技术，实现自动力矩平衡控制。

这样可使系统更加简单，同时监测到的数据还可直接用于主采机组的保护和控制。

除上述主控功能外，主采机控制站还应具备视频采集控制和控制切换功能。

使工作面的视频信号随采煤机的运动分屏地投射到控制中心，以便于操作人员观察现场情况。

（2）转载运输控制站：

主要负责转载机、破碎机、皮带机和超前支护支架的连锁和协调控制。

并在工作面控制中心的协调下跟随主采机组的推进自动移动。

同时采集所有设备的工作参数和超前支护的顶板参数。

（3）视频监测系统：

主要完成工作面设备及顺槽设备的主要监控工作。

根据需要分屏地反映到工作面操作平台上，供操作人员分析使用。

要完成综采设备由人工跟机控制到控制中心集中控制的转变，必须解决工作面的可视化问题。

这里要解决的重点问题有视频的传输问题和摄像头的防尘问题。

由于采煤机移动工作的特点，采用移动无线视频比较好。

要使整个工作面达到无线网络全覆盖，然后在液压支架和采煤机上安装摄像头，并可根据采煤机的位置控制摄像头交替工作，自动跟踪采煤机行走，以保证最佳的视频效果。

防尘也是必须解决的关键问题之一。

（4）工作面整体操作平台：

是整个综采工作面的所有设备进行集中控制的平台。

它可控制整个综采工作面所有设备，同时负责与地面调度进行信息联络，地面调度中心可能过光纤网络监视工作面的所有设备工作状态和各种参数。

同时可进行视频监视和电话指挥，必要时可在地面对设备进行人工干预，以便处理紧急事故。

3自动化综采工作面的特点

（1）打破了综采工作面以机械设备为主的工作模式。

目前所谓“自动化工作面”的研究均是在传统的“人工操作模式”下以某种机械设备为主进行扩展，其中一种方法是以电液控制系统为基础，采集采煤机的信息，以此扩展到工作面其他设备的控制；一种方法是以采煤机的智能化为基础再与电液控制控制系统相连进行自动控制。

综采工作面是一个多设备、多系统相互融合和的复杂系统，设备与设备之间的动作相互交织，还要考虑地质条件变化等因素的影响。

单一设备的控制系统从运算能力上其实是达不到的，只能是设备之间互相通信和联络，再通过各自的控制系统决策控制，这不仅影响了指令的执行时间，也容易出现逻辑错误。

更何况机械设备厂家其技术特点都是以机械为主，自控的技术力量一般都不高，设备之间还存在相互竞争的因素，想达到协调一致的控制是不可能的。

所以要想使整个工作面达到“自动化采煤”的目的，必须打破以机械设备为中心的“机械化采煤”的工作方式。

（2）打破了以设备生产厂家为单元的独立控制思路。

要实现自动化采煤，必须达到多设备协调统一的控制，打破生产厂家的壁垒。

这样既可以提高工作面的整体性，又可以降低对单体设备控制的技术要求。

因为，对于单体设备来说，智能化水平再高，也无法解决工作面所有设备的协调工作，对工作面的自动化运行不会有任何影响。

（3）确立了以自动化技术为主导的“主采机组”的整体控制方案。

由于综采工作面的复杂性，必须把工作面相互连接的所有设备看成一个大型的可行走的采煤机组。

其中的采煤机、支架、刮板机不论设备的体积有多大、数量有多多、功能有多强都是主采机组的一个部件，任何一个动作都要在协调其他部件、同时考虑工作面环境变化的情况下执行。

4达到的效果

通过自动化控制系统控制，可实现四级监控，三级控制：

（1）可在地面调度室监控工作面所有设备的工作过程、工作状态和相关数据。

通过视频观擦采煤机行走、割煤、摇臂调高卧底的动作过程；观察液压支架的升---降---移的工作过程、转载运输设备、超前支护设备的工作和移动过程。

并可进行语音通话，实施语言指挥；在特殊紧急情况下，还可以直接干预停机。

下图为无人工作面的三机联动工作示意图。

（2）可在顺槽设备列车上（工作面控制中心）进行“远程自动控制”和“远程手动控制”。

“远程自动控制”就是在工作面条件允许的情况下实现全自动采煤，采煤机可实现记忆切割，根据示范刀切割数据进行自动巡航、调高、卧底、加速和减速；实现斜切进刀、磨三角等功能。

支架可以实现跟机拉架、调斜、成组拉架等动作。

“远程手动控制”就是在工作面地质条件不好的情况下，在控制中心的计算机上通过视频观察对单体设备进行点动控制，下图为采煤机记忆切割示意图。

（3）在远程操作出现问题是，工作人员还可以拿手持遥控器在可视范围内进行人工操作。

（4）除了上述自动化的工作之外，采煤机和支架还保留各自的本机操作功能，在特殊情况需要人员现场处理时，工人可在机器旁进行单机、单功能操作。

5结论

随着采矿科技水平的提高,现代化矿井利用自动化科学技术，实现工作面无人或少人作业，已成为未来煤矿发展的方向和趋势。

古书院矿自动化无人综采工作面应用，节省了大量的人力资源，大大降低了员工的劳动强度，提高矿井信息化管理水平，确保矿井安全生产。

参考文献：

【1】王峰.综采无人工作面的自动化开采技术研究与应用.工矿自动化，2015

【2】黄曾华.综采工作面自动化控制技术的应用现状和发展方向.工矿自动化，2013

作者简介：

####（1987—），男，2009年7月毕业于中北大学机械设计制造及其自动化专业，现任晋煤集团古书院矿综采一队副队长。