综采工作面自动化控制系统在马兰矿的应用研究

张晓军

（西山煤电集团有限责任公司马兰矿， 山西 太原 030053）

1 18509 工作面概况

马兰矿年设计生产能力400 万t，为提高矿井的自动化生产能力，在原18509 工作面的基础上，对综采工作面采煤机、液压支架的电液控制系统和自动化系统进行升级改造，实现工作面的自动化开采。18509 工作面采用走向长壁后退式一次采全高全部跨落法的综合机械化采煤方法，全部垮落法处理采空区，18509 工作面实行“三八制”作业，两班出煤、一班检修，工艺流程为割煤→收护帮板→移架→推移刮板运输机。

结合18509 综采工作面地质情况和开采工艺要求，配套机电设备选用：一台MG300/730-WD 型电牵引采煤机；基本架为114 架ZZ6000/18/38D 型电液控支架，机头、机尾各采用3 架ZZ6000/18/38D 型过渡支架；正巷端头超前支护为1 组2 架ZT12000/18/38，副巷为4 组8 架ZTC10000/18/38 型超前支架，选用两台BRW315/31.5 型乳化液泵站，一部SGZ-800/800 型刮板输送机，一部SZZ800/315型转载机及PCM160 型锤式破碎机、DSJ100/60/2×200 型可伸缩胶带输送机。

2 自动化综采工作面的系统构建

马兰矿对电牵引采煤机增加割煤记忆功能，实现人工远程操控，以液压支架跟随采煤机自动动作为主，人工远程干预为辅，以综采运输设备集中自动化控制为主，就地控制为辅，以综采设备数据监测为主，视频监控为辅，即以工作面自动控制为主，远程干预控制为辅的自动化生产模式，实现“自动作业，有人巡视”，达到工作面少人安全高效开采。系统的实现过程按如下步骤进行：针对18509 工作面现场情况，对自动化集中控制系统、采煤机自动化协同系统、液压支架、采煤机联动控制技术、刮板输送机、转载机及皮带运输机的集中控制保护系统、供电监测系统、供液集中控制系统等技术进行探讨，提出对上述系统的功能要求，确立这些系统的控制方案、技术要求和技术参数指标。针对马兰矿地质、煤层赋存条件、采煤工艺现场勘查，提出最适合工作面的配套自动化系统解决方案，并对自动化工作面成套设备的技术参数进行计算确定，对设备原有的机械传动、电路接口进行适配。重点对采煤机、液压支架、输送机等关键设备，设计远程集控系统，联合试运行。

图1 采煤机自动化协同控制系统图

3 18509 自动化工作面系统的组成

3.1 采煤机自动协同控制

采煤机的自动协同控制通过远程操作平台，基于采煤机主机系统来实现远程控制，可实现对采煤机的启停、牵引速度及运行方向的远程控制、采煤机记忆割煤的远程起停控制。实现煤流平衡控制、当刮板输运机负荷超限时，能够自动实施对采煤机闭锁控制。采煤机自动控制系统如图1 所示。

MG300/730-WD 型电牵引采煤机由于自身具有自动化记忆割煤功能和数据传输功能，只需提供双线CAN 或RJ45 或RS485 接口，向综采自动化控制系统提供远程控制接口，保证数据实时性，远程控制延时不大于300 ms；准配传感器对采煤机的行走速度、定位、滚筒高度进行监控。采煤机远程操控应实现滚筒升降、左右牵、加减速和远程急停等功能。

3.2 液压支架自动控制

液压支架电控系统采用北京天地玛珂的SAC型控制系统，通过在控制系统嵌入ARM7 处理器，实现数据的收集、传输和处理。

SAC 型液压支架电液控制系统具有双线CAN接口，向自动化集控系统提供传输率33 kbit/s 的远程控制接口; 支架电液控制系统远程控制功能包含单架单动作、成组推溜、成组拉架等动作。在支架电液控制系统的基础上，实现在工作面顺槽监控中心对液压支架的远程控制。通过远程操作台对液压支架的远程操控；系统界面可显示并实现对液压支架控制、跟机自动化控制、闭锁及紧急停止、故障显示及报警、自动补压、带压移架、矿压监测、工作面数据集成及上传、顺槽及地面监测、数据分析及信息发布等功能，同时，可显示工作面的推进度和跟班进度。

3.3 运载设备的集中控制

运载设备的集中控制主要是对刮板输运机、转载机、破碎机及胶带输送机的远程起停控制及顺序远程起停控制。工作面语音通信系统与顺槽皮带系统建立数据传输功能，实现对运载设备的监控。运载设备控制系统通信图如图2 所示。

转载机自移控制是将端头支架电液控制与转载机自移进行关联控制，在端头支架推转载机前，转载机自移系统提前将转载机抬起，端头架推转载机同时转载机推移缸伸出，实现转载机自移。转载机自移系统可单独进行电控及遥控控制，转载机、皮带机具有远程操控和报警功能。

3.4 泵站系统的集中控制

泵站系统具备数据传输功能，实现与综采自动化的双向通信，并向综采自动化系统提供数据传输及远程控制接口。泵站集中控制系统具有监测泵站出口压力、泵站油温、泵站油位状态、泵站电磁阀动作情况、液箱液位、乳化油油箱油位检测和数据收集等功能。

图2 运载设备控制系统通信图

3.5 超前支架控制

通过在液压支架的关键部位安装倾角传感器、激光测距仪、压力传感器，实现超前支架远程及自动控制。压力传感器可对立柱的受压状态进行监测，为远程操控提供数据。

4 自动化综采工作面系统的应用效果

马兰矿18509 自动化综采工作面以工业以太网为基础，实现了各系统间的无缝连接，提高自动化设备的运行可靠性；通过矿井调度指挥中心，将综采工作面的采煤机、液压支架、运输机和泵站等控制系有机融合，实现高度集中自动化控制；对支架与采煤机能改实现远程控制，控制延时均在300 ms 以内，大大提高了系统的实用性；系统高度集成，将工作面数据、控制、通讯、视频等集成为一体，实现系统数据的高速传输功能。