天玛控制系统在阳煤集团一矿厚煤层综采工作面的应用实践

高 翔

(阳煤集团新星煤业有限公司)

现阶段，阳煤集团矿井综采工作面的生产设备大多采用人工操作方式，导致井下工作面配备了大量人员，在高瓦斯和厚煤层工作面开采过程中，存在劳动强度高、安全保障低等突出问题，在很大程度上影响了工作面生产设备的高效工作，对于矿井生产效率的提升也造成了较大影响[1-2]。本研究在详细分析天玛控制系统技术原理、系统组成及功能设计的基础上，将其应用于阳煤集团一矿S8303厚煤层综采工作面，以大幅提升该工作面的生产效率，确保工作面安全生产。

1 天玛控制系统概述

1.1 系统网络结构

天玛控制系统网络结构如图1所示。

1.1.1 管理信息层

系统借助100 M以太网接口，并经过Web信息数据发布服务器向矿山局域网发布整个系统的工作数据。矿井安全管理人员可通过计算机实时监控工作面生产状况，也可查询和分析历史监测数据，便于更有效地管理井下工作面生产[3-4]。用户可通过浏览器输入相应的IP地址或Web地址便可进行信息查询。若矿山局域网与互联网相连，那么互联网用户仅需经过授权便可以WEB页面的形式对数据发布服务器进行访问，获取工作面的监控信息[5]。

1.1.2 自动化层

图1 天玛控制系统网络结构

系统自动化层对应了矿井综采工作面，向下连接着现场层监控设备。3台主控计算机均为井下本质安全型计算机，为提高系统可靠性，可设立备份机。在井下控制台的设备列车上，可一并安装系统井下监控主机、备份机，整个系统井下监控主机与各子系统的连接长度可达数十米[6]。系统设置了自动监控工作面的主机1台，电液控制主机1台，工作面通讯控制主机1台，采用TCO/IP对电液控制主机与工作面监控主机、工作面通讯控制器之间进行有效连接，可实时获取并清晰显示工作面生产信息、采煤数据、控制面生产设备信息、人工语音通讯、液压支架信息以及运输设备信息(图2)。

图2 矿井工作面天玛控制系统布置示意

1.1.3 现场层

现场控制子系统引入了现场总线技术，借助MODBUS现场总线将井下监测控制主机和子系统进行有效连接，进而构建了现场总线监控网络[7]。

1.2 监控子系统

天玛控制系统包括生产监控子系统、运输监控子系统以及环境监测子系统(图3)。其中，生产监控子系统包括采煤机监测子系统以及电液控制子系统；通过运输监控子系统可实现对井下破碎机、刮板机以及转载机等各个电机的馈电控制，不仅能够实时监测所控电机的电压、电流与负荷情况，而且可以对刮板机机头、机尾电机的电压、电流、负荷等信号进行有效监测；在井下生产设备启动前，通过环境监测子系统可对各类设备的故障进行报警，通过设定相关参数能够决定报警时间长短以及是否采用语音报警形式，同时也可以向井上传输工作面各设备的工作状态参数，并在计算机上进行显示。

2 应用实例

图3 系统中各子系统的关系

阳泉集团一矿S8303厚煤层综采工作面埋藏深度为607.4～713.6m，采用走向长壁采煤法开采，工作面走向长度1 114 m，倾斜长度220 m，煤层平均厚度6.63 m。采用综合机械化大采高一次采全高采煤工艺，全部跨落法管理顶板。工作面设备采用电液控支架，可实现邻架控制移架、隔架控制移架、成组控制移架、煤机和支架联动移架等4种移架方式。该工作面掘进过程中共揭露出3条挠曲构造，4条断裂构造(其中有一落差达6.0 m的逆断层)，2个陷落柱，对回采有较大影响。该工作面主要的生产设备类型见表1。

表1 S8303工作面主要设备型号

艾柯夫SL-1000采煤机远程操控自动化截割试验在S8303工作面取得了成功，实现了采煤机远程一键操控启停、自动化运行管理，大幅提升了工作面生产效率，降低了工作人员的劳动强度，确保了安全生产。天玛SAC电液系统中的相关控制装置的应用，使得工作面支架的相关规定动作(喷雾、移架、降柱等)能够自动化完成[8]，同时根据工作面在三角煤方面的相关工艺需求，与采煤机的运行轨迹及工作溜推移轨迹相配合，有效实现了工作面支架的无人化操作。天玛SAP职能配液供液系统的应用实现了井下自动配液、供液、多级过滤于一体[9]，该系统构建有3道配液以及供液过滤系统，确保了S8303工作面液体系统能够安全稳定运行[9-10]。天玛SAM自动化集控装置的应用实现了控制起停工作面进风顺槽装载机、破碎机、带式输送机，乳化液泵站，能够在线监测支架以及工作面采煤机的运行情况，并将该类数据上传至地面调度中心。KT319矿用无线通信系统可通过高清摄像头实时采集进风顺槽生产信息并快速传输至地面调度控制中心。该系统配备有井下本安型防爆手机能够连接在调度终端上实时显示经手机录制或拍摄的高清视频、照片，并进行储存。通过在S8303工作面应用KT319无线通信系统，使得井下和地面之间的实时沟通得到了有效保障。

3 结 语

详细分析了天玛控制系统的技术原理及子系统功能设计，并将其应用于阳煤集团一矿S8303厚煤层综采工作面。该系统的应用大幅提升了矿井自动化生产水平，使得工作面日产能力提升了67%，月产能力提升了66.4%，资源回收率也由85%提高至90%；工作面经济利润同比上涨了73.1%，吨煤成本也降低了29.19%，即由24.91元降低为17.64元；人均生产效率也由2 589.7 t/人提高至4 160.7 t/人。