综采工作面设备自动化方案设计及试验

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摘要：针对当前对煤矿综采工作面采煤效率要求越来越高的现状，需提升综采工作面的自动化水平，并与工作面所涉及综采设备的自动化生产能力相匹配。以山西某矿31105工作面为研究对象，在分析其地质水文、煤层、顶底板情况和当前应用于该工作面综采设备类型及参数的基础上，对提升其中采煤机、液压支架以及泵的自动化程度提出具体方案和措施。经试验应用表明，综采设备的自动化技术能够提升工作面的自动化水平，为提升综采工作面的产煤效率奠定了基础。

关键词：采煤机；液压支架；泵站系统；记忆截割；采煤效率

引言

统计数据显示，目前我国煤炭的生产量和消耗量占据世界第一，而且在未来很长一段时间内煤炭依然会在我国能够结构中占据主导地位。可想而知，煤炭在我国国民经济发展中有着关键的作用。为了提升综采工作面煤炭的生产效率，保证日常生活和生产的需求，需根据工作面地质水文、煤层以及瓦斯等情况优化采煤工艺，并选择最为合适的综采设备。综采设备的自动化水平直接决定工作面的生产效率。此外，提升综采设备的自动化程度在提升其生产效率的同时还能够减轻作业人员的劳动强度，实现对设备的实时在线监测，及时对设备故障进行报警和处理［1］。本文着重对综采工作面的设备自动化方案进行设计，并将方案应用于实际生产中。

1工程概况

31105工作面为山西某矿井呈现南北走向的工作面，该工作面煤层的埋藏深度位于地下70～120m；工作面煤层厚度范围为2．58～3．61m，工作面平均煤层厚度为3．12m。而且，工作面煤层中夹杂的煤矸石含量较少，煤矸石厚度仅为0．35m，煤层顶底板情况如表1所示。31105工作面的倾斜程度相对均匀，平均倾角为1°；工作面走向长度为5252m，工作面倾斜部分长度为202m。经测量，31105工作面的正常绝对涌水量为520m3／h。目前，31105工作面的综采设备的参数如表2所示。

2工作面自动化方案设计

根据在工作面综采设备发挥重要的权重对比，实现液压支架、采煤机、泵站的集中控制。

2．1液压支架自动化的实现

液压支架自动化是基于其电液控制技术实现的。工作面每个液压支架均由一台控制器对其运行参数进行控制，且各个液压支架的控制器可相互通信，从而形成一个组网。各个液压支架的控制器是通过干线电缆相互连接形成网络的［2］。每个液压支架由一台控制器通过其机载传感器对其运动参数进行监测，并通过控制电液阀的开口实现液压支架的控制。传感器中包含两个压力传感器、一个行程传感器和一个红外线接收器。其中，压力传感器用于检测液压支架的下腔液压力；行程传感器用于检测千斤顶的行程；红外线接收器用于监测采煤机的位置及其运行方向［3］。单个液压支架的电控系统如图1所示。通过单个液压支架自动化功能的实现，并基于干线电缆将各个液压支架控制器连接为一个组网，实现液压支架的自动化控制。

2．2采煤机自动化的实现

采煤机自动化功能是基于其电控箱实现的。电控箱能够对采煤机各个部件的电机运行状态进行监测，并将监测到的数据上传至采煤机的中控中心，从而根据工作面的情况和采煤机各电机的运行状态提出对应的控制策略，实现对采煤机电机及液压系统的控制［4］。采煤机自动化功能实现的过程如图2所示。采煤机自动化实现的数据基础为传感器对各类信号的采集，包括电机的温度、变频器的温度、采煤机的倾角、采煤机摇臂的角度、油箱油温等。采煤机的记忆割煤功能能够保证在作业人员最小干预下实现截割任务，该项功能主要通过四个角度传感器和两个齿轮传感器实现。其中，两个角度传感器对摇臂升降角度的监测；两个角度传感器对采煤机机身横向和纵向角度进行监测；齿轮传感器对采煤机牵引齿轮的转速进行监测。通过手动割煤状态对相关数据进行采集，继而完成对数据的记忆；学习状态对采集到的数据进行记忆；自动状态为基于所记忆到割煤数据完成自动截割任务。

2．3泵站自动化控制的实现

综采工作面的泵站系统主要包括乳化液泵站和喷雾泵站系统，泵站系统主要为液压支架的升降、采煤机摇臂的升降及喷雾降尘系统提供动力或乳化液。该工作面的泵站系统由四台乳化液泵、四台电机、增压泵和蓄能器等组成。其中，乳化液泵站自动化控制是基于其BARTEC电控系统的集中控制实现的。基于该电控系统能够对各个泵及电机的运行状态包括乳化液泵站的压力、油温、油位、管路压力，从而完成对泵站系统中各个泵的启动、停止、加载或者卸载等功能的控制［5］。喷雾泵站系统为保障工作面安全生产的关键系统，其核心部件为三台柱塞泵，且每台柱塞泵均由一台电机控制。此外，还为喷雾泵站系统配置了一个水箱、两台增压泵、一台蓄能器等。同时，喷雾泵站系统的自动化控制是基于BARTEC电控系统实现的，该系统主要由主控台、紧急集中控制箱、各个泵的控制单元和相关的通信模块等组成。综上所述，工作面泵站系统的自动化均是基于BAR－TEC电控系统实现的。BARTEC电控系统具备对现场泵站工作状态的监测、控制以及报警等功能，从而实现对工作面泵站系统的自动化控制。

3综采设备自动化技术的试验应用

3．1液压支架自动化控制的试验应用效果

基于液压支架的电液控制系统实现对单个液压支架升柱、移架以及降柱等动作完成手动和自动控制；实现液压群的自动化控制，根据采煤机的推进速度及其实时位置实现对多个液压支架的推溜、移架以及支护等操作。此外，基于电液控制系统当液压支架出现卸载等情况时能够实现自动补压操作，并及时实现对液压支架的闭锁和停机操作，从而保证了综采工作面的安全生产。

3．2采煤机自动化控制的应用效果

基于采煤机电控箱所设计的记忆截割功能能够实现采煤机自动化割煤生产，期间能够根据顶板压力、截割受力以及采煤机的运行状态完成对采煤机截割深度、采煤高度等截割参数的自动化控制，从而保证采煤机在作业人员最小操作下完成截割任务。

3．3泵站系统自动化控制的应用效果

基于泵站系统BARTEC电控系统的集中控制系统能够根据泵站系统的运行状态实现对工作面各个泵的启动、停止、加载或卸载等状态的控制。此外，泵站系统各个泵的运行状态参数还可显示于主控台的LCD液压显示屏上。

4结语

综采工作面设备的自动化水平直接决定综采工作面的生产能力和采煤效率。因此，在综合考虑成本和收益的基础上，适当地对综采设备（采煤机、液压支架、泵站系统以及刮板输送机等）进行自动化改造，优化其自动化控制技术，达到提升综采设备的自动化水平，最终实现综采工作面高效、安全的生产。

参考文献

［1］王志刚．薄煤层综采自动化设备在四台矿的应用［J］．煤炭技术，2015（1）：274－276．

［2］于励民．利用国产装备实现综采自动化的研究与实践［J］．工矿自动化，2009（7）：114－117．

［3］黄曾华．综采工作面综合自动化控制技术综述［J］．煤炭科学技术，2013（S2）：282－284．

［4］宁桂峰．极薄煤层综采自动化应用研究［J］．煤炭科学技术，2013，41（11）：18－21．

［5］黄曾华，苗建军．综采工作面设备集中控制技术的应用研究［J］．煤炭科学技术，2013，41（11）：14－17．

作者：荆晶 单位：山西省阳煤集团