综采工作面自动化系统技术探讨

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【摘 要】综采面自动化是煤炭开采技术的发展方向，它是电控技术、设备可靠性、安全保障、生产组织、信息化等一系列技术的创新和集成。本文结合工作面现场，分析了综采工作面自动化系统设备组成，并探讨了综采工作面自动化系统关键技术。

【关键词】综采面；自动化系统；液压支架；采煤机

1 工程概况

某矿11013工作面位于井下700～750m。煤层赋存稳定，煤厚2.58～3.61m，平均煤厚3.12m。煤层直接顶分类属II类中等稳定顶板。煤层基本顶属中硬类易软化岩石。基本分级属I～II级，基本顶压力显现明显。煤层底板由粉砂岩、泥岩、泥质粉砂岩、砂质泥岩、中粒砂岩、细粒砂岩组成，平均饱和抗压强度为37.3～41.2Mpa，工作面底板分类属IV类，中硬类底板。

井田内地质构造简单，地层平坦，总体趋势为一个倾角小于1°，缓缓向北西倾斜的单斜构造。工作面走向长度1252m，倾斜长202m，倾角为1°，工作面采高3.2m。11013工作面为左工作面，运输顺槽（5.4×2.8m）与胶、辅运大巷在同一水平，承担着运煤、进风和行人任务，转载机、破碎机、移变、泵站、电器列车、顺槽皮带机布置在运输顺槽，机轨合一。11013工作面回风顺槽（5.0×2.8m）也与胶、辅运大巷在同一水平，承担着运料、行人、回风任务。

2 综采工作面自动化系统设备组成

综采工作面自动化系统设备主要包括采煤机、刮板输送机、液压支架、液压泵站、转载机、破碎机、移动变电站、组合开关等。11013工作面自动化系统配套设备功能表如表1所示。

表1 11013工作面自动化系统配套设备功能表

序号 设备名称 型号 控制系统 数据上

传系统 是否参

与自动

化过程 是否可实

现自动化 是否支

持自动

化上传

1 采煤机 7LS6C FACEBOSS JOS系统 是 是 是

2 液压支架 ZY12000/20/40D PM32 xalz 是 是 是

3 运输机 DBT2*700KW 无 无 是 否 否

4 破碎机 DBT315KW 无 无 是 否 否

5 转载机 DBT315KW 无 无 是 否 否

6 液压泵站 K35055M BARTEC 无 是 否 否

7 喷雾泵站 K16065M BARTEC 无 是 否 否

8 组合开关 KJZ3-1500/3300-9 DSP系统 无 是 否 是

9 组合开关 KJZ-1500/1140Z DSP系统 无 是 否 否

10 移变 KSBZY-2000/3.3 电网综

合保护 无 是 否 否

11 移变 KSBZY-3000/3.3 无 是 否 否

12 移变 KSBZY-3000/1.14 无 是 否 否

3 综采工作面自动化系统关键技术

综采工作面自动化系统是自动控制技术、传感器技术、计算机技术、设备工况监测及故障诊断技术、电液控制技术、集中控制技术等多种自动化技术的融合，从而构成机电一体化的综合机械化采煤自动化技术。自动化采煤工作面关键技术包括：液压支架电液控制技术，采煤机自动采煤技术，顺槽集中控制技术（三机控制、泵站控制）。

3.1 液压支架电液控制技术

3.1.1 电控系统组成

工作面的支架控制器因供电关系而被分组，相邻的6个控制器由一路独立的直流电源供电，成为一个控制器组。分组的标志是组与组之间都接入一个隔离耦合器，它隔断了组与组间的电气联接而又通过光电耦合沟通数据通信信号，这种方式是为达到本质安全性能所采取的措施。此外隔离耦合器为电源引入提供通道。

所有支架控制器靠干线电缆互联成网络。干线电缆从端头架控制器开始顺序将全部支架控制器联接起来。每个支架控制器都有地址编号，地址号是按顺序连续的。干线电缆有4根芯线，其中3根为贯通的公共线：1号芯线为电源12V，2号芯线是称为TBUS的所有控制器间公共的通信总线，3号芯线是称为Bidi的邻架间的通信线，4号芯线为电源0V，也是通信信号的公共的零电位点。系统中的网络终端器、总线提升器均为保证系统正常工作所必须的辅助装置。

3.1.2 电液控制系统的主要功能

支架电液控制系统的主要功能包括单支架单动作手动控制，单支架的降柱—移架—升柱自动控制，多支架成组自动控制，以采煤机位置为依据的全部支架自动控制，立柱在工作中发生卸载时的自动补压功能，闭锁及紧急停止功能，信息功能。厂家预先在控制器内编制好程序，来实现以上功能。

3.1.3 液压支架通过红外线接收器来接受采煤机红外线发射信号，从而来确定采煤机位置，再根据支架控制器程序，确定那部分支架移架、推溜、收打护帮板；通过推移油缸位移传感器采集液压支架推移油缸的行程，保证推溜及拉架能够达到要求；通过液压支架立柱压力传感器采集立柱下液强压力信号，保证液压支架将架压力及升架后的初撑力。以上技术为实现工作面液压支架自动化提供了最原始的数据。

3.2 采煤机自动采煤技术

采煤机共由9部分组成，其中电控箱主要用来控制采煤机各个电机的运转，各种数据的实时检测、显示与上传，各种保护的灵敏动作；截割电机通过摇臂齿轮来驱动截割滚筒割煤；泵电机通过带动齿轮泵，再通过液压阀组来控制摇臂调高油缸的伸缩，从而控制工作面采高的大小；牵引电机通过牵引齿轮箱及牵引驱动块带动煤机行走；破碎机用来破碎溜槽内的大块煤或矸石。

采煤机各部位采集的各种传感器信号通过转换模块，传输到中央控制器，经处理后在显示器中显示出来。主要的采集数据如下：通过无线接收器接到得遥控器信号，通过输入输出模块RIO接收到各种电机的温度保护信号、接触器电流信号、摇臂的角度传感器信号、采煤机机身倾角传感器、各种旋钮信号，变频器的温度、电流、电压、频率信号，通过输入输出模块DIOM接收电磁阀通断信号，通过GIO模块接收摇臂温度信号、牵引齿轮箱D齿轮传感器信号、油箱油温油位信号、复位传感器信号、水流量、水压信号、电缆张紧信号。

3.3 顺槽集中控制技术

3.3.1 三机集中控制技术

三机集中控制采用天津华宁KTC101-Z控制系统，此系统通过控制联力KJZ3-1500/3300-9、KJZ-1500/1140Z组合开关来控制工作面三机，可实现三机联合启动与停止、单设备的启动与停止、单设备点动的启动与停止功能，可在工作面机头实现运输机的启动与停止功能，其具有操作集中、控制简单、运行稳定等优点。

3.3.2 泵站集中控制技术