综采工作面设备自动化技术方案设计及试验.pdf

2 0 2 0年第0 6期 综采工作面设备自动化技术方案设计及试验 荆 晶 山西省阳煤集团, 山西 阳泉 0 4 5 0 0 0 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3 1 1 0 5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 中图分类号 T D 8 2 3. 9 7 D O I 1 0. 1 9 7 6 9/j . z d h y . 2 0 2 0. 0 6. 0 1 5 0 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 3 1 1 0 5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7 01 2 0 m; 工作面 煤层厚度范围为2. 5 83. 6 1 m, 工作面平均煤层厚度为 3. 1 2 m。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. 3 5 m, 煤层顶底板情况如表1所示。 表1 3 1 1 0 5工作面顶底板情况 顶底板类型成分抗压强度/MP a分类 直接顶粉砂岩、泥岩、砂质泥岩等 4 1. 6 稳定顶板 基本顶中粒砂岩和细粒砂岩 4 0. 9 易软化岩石 底板粉砂岩、泥岩、细粒砂岩等 3 8. 2 中硬类底板 3 1 1 0 5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5 2 5 2 m, 工作面倾斜部分长度为2 0 2 m。 经测量, 3 1 1 0 5工作面的正常绝对涌水量为5 2 0 m 3/ h。目 前, 3 1 1 0 5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。 表2 综采设备技术参数 综采设 备类型 型号参数 采煤机 7 L S 6 C - LWS 6 3 8 生产能力4 0 0 0 t/h;最大牵引速度2 1 m/m i n; 截割深度8 6 5 mm;滚筒直径2 2 0 0 mm 转载机 P F 4/1 3 3 2 运输能力3 0 0 0 t/h;链速1. 3 2 m/s 刮板输 送机 P F 4/1 1 3 2 运输能力2 5 0 0 t/h;链速1. 2 8 m/s 破碎机 S B 0 9 1 2 U 破碎能力3 0 0 0 t/h 液压支架Z Y 1 2 0 0 0/2 0 支护高度范围2 0 0 04 0 0 0 mm; 初撑力2 5. 2 MP a 乳化液泵K 3 5 0 5 5M额定流量4 3 9 L/m i n;额定压力3 7. 5 MP a 喷雾泵站K 1 6 0 0 6 5M工作压力1 4. 3 MP a;额定流量5 2 2 L/m i n 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 93 机电设备与仪器仪表 自动化应用 收稿日期 2 0 2 0 - 0 4 - 0 7 作者简介 荆晶 1 9 6 3 , 男, 汉族, 山西阳泉人, 本科, 机电工程师, 现为阳煤集团副总工程师, 研究方向为机电设备。 2 0 2 0年第0 6期 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。 图1 单个液压支架电控系统框图 图2 采煤机自动化功能的实现 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B A R T E C 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B A R T E C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B A R - T E C电控系统实现的。B A R T E C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B A R T E C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L C D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 下转第4 3页 04 自动化应用 机电设备与仪器仪表 2 0 2 0年第0 6期 图4 试验时运行曲线图 得出图4试验时的运行曲线示意图, 可以明显看出 红色为主电机电流曲线, 呈“ 齿状” , 说明电流间断给出; 黑色为速度曲线, 速度值始终在0. 1 m/s至0 m/s往复。 3. 3 试验结束后恢复正常状态 试验结束后将所有设置恢复正常状态, 重点是恢复 液压制动系统, 利用检修液压站功能检验抱闸是否恢复 正常。将所有设置恢复后, 空载试运转两个循环, 确认无 误后再进行正常生产。通过实践检验, 零速制动功能有 效, 投入正常使用, 在原基础上, 提升系统安全性能大幅 度提高。 4 结语 通过程序控制实现了摩擦式提升机的防坠保护, 利 用直流电机的特性, 提供反向制动力, 确保在液压制动系 统故障的情况下, 不出现罐笼冲顶或坠罐事故, 进一步提 高了提升机的安全性能。 参考文献 [ 1] 章红全.简述矿井提升机的安全保护装置[J].科技信息, 2 0 0 92 9 1 1 6 1. [ 2] 王兆安, 黄俊.电力电子技术[M].北京 机械工业出版 社, 2 0 0 0. 上接第4 0页 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, 2 0 1 51 2 7 4 - 2 7 6. [ 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,2 0 0 97 1 1 4 - 1 1 7. [ 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, 2 0 1 3S 2 2 8 2 - 2 8 4. [ 4] 宁桂峰.极薄煤层综采自动化应用研究[J].煤炭科学技 术, 2 0 1 3,4 11 1 1 8 - 2 1. [ 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,2 0 1 3,4 11 1 1 4 - 1 7. 34 机电设备与仪器仪表 自动化应用