张志文

（山西焦煤集团有限责任公司，山西 太原030024）

1 屯兰矿22301大采高综采工作面概述

山西焦煤集团屯兰矿22301大采高综采工作面位于位于北三盘区右翼，西接北三回风巷，东至北一盘区边界煤柱，与22118采空区最短间距36 m，南邻22303工作面（未布置），北邻风坪岭断层保护煤柱。

22301工作面可采走向长2 600 m，倾斜长210 m，煤层倾角2°～6°，平均4°。轨道巷宽度5 m，高3.5 m；皮带巷宽4.5 m，高3.5 m。全区1、2、3号煤合并，煤岩总厚度4.16～5.5 m，平均厚度为4.8 m，煤层有益厚度3.68 m，可采储量约264万t。

22301工作面全区带压，2号煤层底板标高770～842 m，奥灰水静水位标高890 m，工作面水压0.48～1.2 MPa，突水系数为0.012 7～0.016 7 MPa/m，位于相对安全区内。预计正常涌水量10 m3/h，预计最大涌水量30 m3/h。

22301工作面采用一次性采全高回采工艺，由于传统工作面在回采过程中采煤机、刮板输送机、液压支架等机械设备联动性相对较差，设备间无法集中联锁控制，导致工作面在回采过程中设备故障率高，设备故障无法及时发现且维修难度大，严重制约着工作面的安全高效生产；对此，屯兰矿经研究决定对22301工作面采用一套自动化集控系统[1-2]。

2 综采工作面自动化集控系统结构组成

1）22301综采工作面通过采用网络通讯平台与自动化集控系统技术，能够实现工作面实时监控、采煤机自动化集控、远程供电操控、远距离集中供液、三机（运输机、转载机、破碎机）运输系统及支架电液控等功能。

2）自动化集控系统主要由以下系统组成：远程供电操控系统、工作面视频实施监控系统、三机（运输机、转载机、破碎机）运输系统、工作面液压支架电液控制系统、顺槽集中控制系统、采煤机、液压支架、运输机联动控制系统、井下环网及地面指挥系统，如图1所示。

图1 屯兰矿22301大采高工作面自动化控制系统结构示意图

3）自动化集中系统的核心安装在工作面顺槽巷，主要由以下设备组成：集控台、视频主机、数据处理主机、交换机，能够实时对各类监控数控进行传递、诊断及控制。

4）井下综采工作面液压控制系统主要由电液控换向主阀、压力及行程传感器、支架控制装置、本安型电源开关、通讯及供电电缆组成。采煤机上安装有红外线发射式定位系统，该系统主要由红外线发射器、接收器及通讯电缆组成。

5）采煤机、支架、运输机联动控制系统主要是将位移传感器、倾角传感器、精确推拉组件、惯导组件、摄像仪等装置安装在液压支架的架护帮及铰接顶梁上来实现联动控制。

6）顺槽集中控制系统和数据采集器与各配电装置通过线缆进行连接，能够远程控制供电系统的分合闸状态，对开关故障类型、实时电压及整定值进行观察。

7）工作面视频实施监控系统能够对井下工作面的现场情况进行监控，采煤机及刮板在推溜时，相应区域的视频摄像头会相应开启，为顺槽及地面指挥人员提供清晰的视频。

3 工作面集控系统主要功能

3.1 顺槽集中控制系统主要功能

1）该系统能够对综采工作面的各类设备进行远程单设备启停控制，完成对工作面的全方位控制。

2）能够对综采工作面的前端及后端支架、破碎机出口、采煤机超前支护、自移尾、及皮带滚筒进行实时控制。

3）通过与综采工作面配套系统相互配合，从而实现工作面监控、采煤机自动化集控、远程供电操控、远距离集中供液、三机（运输机、转载机、破碎机）运输系统、支架电液控及泵站系统的相互联锁。

4）系统能够根据采集到的运输机、破碎机、刮板机的运载量自动调节采煤机的牵引速度，此外还能够收集工作面的矿压来控制采煤机的推进速度。

3.2 支架电控系统主要功能

1）通过电控系统能够在控制系统上显示支架的压力、前移速度、支架状态及采煤机位置。

2）通过电控系统能够实现单架及多架自动升降及前移，工作人员可以在软件中设定采煤工艺及参数，使电控系统能够与不同工作面的采煤工艺及地质构造结合。

3）支架电控系统能够根据采煤机的截割深度自动判断支架的推溜进度，从而实现采煤机、支架及刮板机的自动割煤，同时也可由人工设定进行控制。

4）支架电控系统能够在支架初撑力下降到一定值后自动对支架进行升柱，完成支架的顶板的支护。

5）电控系统能够根据数据传感器接收到的信号进行分析判断，并根据分析结果作出急停、闭锁、报警等相应操作。工作人员可以根据支架上的蜂鸣器来接收信号，在紧急情况下，工作人员也可以按支架上的急停按钮来切断整个工作面的电源。

3.3 采煤机、支架、运输机的联动控制系统主要功能

1）联动控制系统能够根据采煤机、刮板机、溜槽上传的数据分析，自动完成采煤流程（采煤机割煤、支架推溜、降架、起底、拉架、落底、升架、支护、调直等相应的动作）。

2）联动控制系统可以根据远程视频监控的数据进行判断，不断调整支架与采煤机的状态，使采煤机工艺与支架状态相互配合。

3）系统采用分步推溜的生产工艺，确保刮板机的运行状态始终处于合理位置，防止支架之间相互板、卡，与支架推拉系统相互配合，完成工作面支架的正常推进。

3.4 三机自动控制系统主要功能

1）技术人员为综采工作面刮板输送机的机头、机尾处、转载机、破碎机分别安装对应的数据采集分站，数据采集器能够对相应设备的数据进行实时监控采集，并判断各设备运行的状态来实现联动控制。数据采集分站将收集到的数据通过环网传递到集控中心，集控中心的软件通过逻辑计算将采集的数据转变为动态图像显示在屏幕上，工作人员可以通过计算机控制工作面设备的运行状态。

2）运输系统采用远程和就地两套控制系统，指挥人员可以远程实现井下设备的启停操作。

3）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 视频监控系统主要功能

1）视屏监控显示界面能够实时以单画面、多画面的形式显示在屏幕上，调度人员可以根据需求调取不同位置视频，视频信号能够通过井下环网进行传输，集控中心还安装视频储存装置，方便工作人员随时事故追查。

2）监控视频能够对综采工作面的采煤过程进行全程视频跟踪，尤其是在刮板输送机的机头、机尾处、转载机、破碎机等特殊固定位置安装视频数据采集器，采煤机附近安装的摄像头能够随采煤机进行拍摄，调度大厅的显示屏能够随采煤机的前移自动切换影像[3-5]。

4 结论

屯兰煤矿通过对22301大采高综采工作面安装一套自动集控系统，截止2020年4月通过三个月实际应用效果来看，取得了显著应用成效。

1）提高了工作面自动化水平：22301大采高综采采用自动集控系统后，工作面机械设备间可进行联锁控制，同时实现了工作面设备的远程控制，缩短了工作面设备调试、运行时间，提高了自动化控制水平。

2）降低了劳动作业强度：传统综采工作面在生产期间需15名工人，采用该系统后工作面仅需6人即可，大大降低了劳动作业强度及劳动成本费用。

3）提高了工作面回采效率：工作面采用该系统后设备运行、故障情况可实现远程维修，不仅提高了设备故障维修效率，降低了设备故障率，而且大大提高了工作面回采效率，通过现场观察发现，采用该系统后工作面回采效率达11.2 m/d，相比传统综采工作面回采量提高了4 m/d。