孔庆宇

（晋能控股煤业集团王家岭煤业公司， 山西 忻州 036600）

1 18102 工作面概述

晋能控股煤业集团王家岭煤业公司18102 工作面位于一采区南翼，长1472.5 m，宽240 m。工作面北部为回风立井井筒，南部为井田边界保护煤柱，西部、东部为实体煤。掘进巷道不受采空区积水威胁，据目前调查井田内及周边未发现私自开采的小窑。

18102 工作面采用一次采全高回采工艺，工作面回采煤层为4 号煤层，平均厚度为5.75 m，平均倾角为6°，4 号煤层存在伪顶主要以炭质泥岩为主，平均厚度为0.2 m，直接顶主要以泥岩、砂质泥岩及薄煤层互层为主，平均厚度为8.5 m，基本顶主要以粗砂岩、含砾粗砂岩为主，局部为中细砂岩，平均厚度为10.2 m[1-2]。

18102 工作面采用综合机械化回采工艺，采用MG650/1630-WD 电牵引采煤机割煤， 采用SGZ1000/2 ×1200 刮板输送机运煤， 采用ZF16000/23/43D 液压支护顶板。18102 工作面采用综合机械化回采工艺，由于工作面原机电设备之间相互独立，无法实现集中控制，导致工作面前期回采过程中设备故障率高，设备维修难度大；针对这一技术难题，王家岭煤矿决定在工作面安装一套集中控制系统。

2 工作面集中控制系统结构组成

1）18102 综采工作面机电设备安装的集中控制系统主要由地面远程操控系统、设备监控系统、三机联控系统、电液控制系统、顺槽集中控制系统、采煤机、液压支架、刮板输送机控制系统以及千兆工业以太网等部分组成，如图1 所示。

图1 18102 综采工作面自动化控制系统结构示意图

2）顺槽集中控制系统安装运输顺槽设备串车上，该系统主要由控制台、数据处理器、显示器、PLC控制器等部分组成，该系统主要收集工作面设备工况数据信号，并进行信号处理并进行相关指令发送。

3）地面远程操控系统主要安装在调度室内，系统主要包括视频主机、监控主机以及服务器等部分组成，服务器内安装专用组态软件，通过该软件可直观地将工作面各类机电设备运行参数显示在视频主机上，工作人员可通过视频软件对井下设备参数进行了调校。

4）电液控制系统主要由电液控换向主阀、压力传感器、行程传感器、支架控制器、开关、电缆、通讯器以及红外线发射监测系统等部分组成；红外线监测系统主要包括红外线发射器、接收器等部分组成，主要用于定位采煤机位置[3]。

5）三机联控系统主要实现运输机、转载机、破碎机联合控制作用，该系统主要由位移传感器、摄像仪、倾角传感器以及精准推拉组件等部分组成，该系统安装在液压支架铰接顶梁上从而控制三机联动。

6）视频监控系统主要将摄像仪安装再采煤机、液压支架上，工作面采煤过程中可将采煤机、刮板输送机运行情况、工作面堆煤情况、液压支架位置等视频画面上传至地面监控中心。

3 工作面集中控制系统功能

3.1 顺槽集中控制系统

1）通过集中控制系统操控台可远程对工作面各类机电设备进行单设备控制，如工作面支架、破碎机、采煤机超前支护、自移尾以及带式输送机等进行启停动作等。

2）工作面机电设备集中控制系统相配合，可对工作面采煤机、刮板输送机、液压支架、三机等进行相互联锁；同时当工作面机电设备出现故障时可在系统主界面上显示设备故障类型、故障为主等[4]。

3）该系统利用工作面内各类传感器实时收集刮板输送机运输量、液压支架矿压等，从而精准控制采煤机牵引速度和推进速度，控制支架超前移架等动作。

3.2 电液控制系统

1）通过电液控制系统可对液压支架压力、位置、推进速度以及支架状态、采煤机位置进行监测控制，并可以实现单支架、多支架自动控制升降、前移等动作，操作人员通过软件修改工作面采煤工艺及相关参数，从而保证该系统适用于不同地质条件、采煤机工艺的工作面上。

2）通过该系统监测工作面采煤机割煤深度从而判断支架推移速度，实现工作面自动割煤、自动移架推溜等动作，操控人员通过系统软件也可自行设定相关指令动作。

3）该系统可监控支架支柱初撑力情况，当监测到支架初撑力降低至设计值时，系统自动控制支架升架动作，防止支架卸压现象，保证支架具有足够的初撑力，提高支架支护强度。

4）该系统对各类传感器接收的数据进行分析处理，并发出急停、闭锁、报警等相应动作指令，当监测到设备故障系统无法自动控制设备运行时发出警报，操作人员及时对故障进行处理。

3.3 采煤机、液压支架、刮板输送机控制系统

1）该系统可对采煤机、刮板输送机、液压支架安装的传感器上传的数据进行处理，然后自动完成采煤、移架、推溜、工作面调平等割煤工序。并根据监控数据实时调整液压支架与采煤机工作状态，确保支架与采煤机相互配合到位。

2）该系统对刮板输送机实行分段移溜工序，保证刮板输送机处于合理位置，防止支架移架时出现相互板、卡现象，保证液压支架安全稳定推进。

3.4 “三机”自动控制系统

1）该系统中的数据采集分站分别安装在刮板输送机机头、机尾、转载机、破碎机等位置上，当工作面采煤时数据采集分站将各个设备运行参数上传至集控中心，从而实现对“三机”进行联动控制。“三机”运行状态通过工业以太网上传至监控中心上位机上，并将“三机”信息转换为动态图像直观显示在屏幕上，便于操作人员直观观察“三机”运行情况。

2）该系统对“三机”采用远程自动和就地手动制两种控制模式，操作人员可对“三机”进行远程控制开启，当系统故障无法实现远程控制时，可进行就地手动单设备控制[5]。

3）该系统配备了语音报警系统和喊话系统，当“三机”设备出现故障时系统通过语音报警系统可对设备进行故障报警，同时工作人员可通喊话系统进行控制。

4）工作面沿线安装多套语音报警及喊话装置，工作人员能够在不同位置进行喊话，必要时按急停按钮停止所有设备的运行。

3.5 视频监控系统

1）视频监控系统可将井下实时监控画面直观地显示在显示器上便于操作人员观看，操作人员可根据需要随时调取工作面不同位置、不同时间监控画面，监控视频可存储在上位机内，便于事故调查。

2）与传统工作面相比，工作面安装视频监控后，操作人员在地面可对工作面特殊地段内机电设备、支护情况进行观察，如工作面端头支护情况、工作面机头、机尾、转载、破碎机等位置堆煤情况，同时操作人员可控制井下摄像头实现自动切换画面。

4 应用效果

王家岭煤矿通过对18102 综采工作面安装一套自动集控系统后，通过6 个月实际应用效果来看，该系统投入应用后大大提高了工作面机电设备集中控制自动化水平，工作面机电设备故障率降低了12%；同时工作面采用该系统后，与传统工作面相比，劳动作业人数由原来每班15 人减少为6 人，工作面回采速度由原来的5.7 m/d 提高至9.8 m/d，保证了工作面安全高效回采，取得了显著应用成效。