煤矿智能装备推广应用方案 2019.10.15.docx

煤矿智能装备推广应用 实施方案 四川省XX煤田公司XX一矿 二〇一九年六月 目录 1 项目背景 1.1 项目概况 1.2 国内外综采智能化现状 2 项目总体思路及目标 2.1 总体思路 2.2 总体目标规划 2.3 技术路线 3 项目关键技术及难点 3.1 关键技术 3.2 难点及创新 4 综采工作面智能化系统总体要求 4.1 系统概述 4.2 系统组成 4.3 总体目标及效果 5 工作面集中控制中心技术要求 5.1 系统构成 5.2 系统总体功能要求 5.3 系统具体技术要求 5.4 数据传输要求 5.5 同工作面其它子系统联动要求 6 综采工作面自动化各子系统技术要求 6.1 电液控系统 6.2 采煤机通讯控制子系统 6.3 三机控制通讯子系统 6.4 智能刮板系统 6.5 智能集成供液系统 6.6 工作面视频系统 7 智能化综采工作面设备选型 7.1 工作面地质条件 7.2 配套设备选型（以最终设备选型报告为准） 8 投资概算 9 智能装备实施保障措施 9.1 组织保障 9.2 人才保障 10 实施效果分析预计 10.1 经济、社会效益 10.2 项目实施后的技术水平、应用前景 10.3 促进安全生产工作的作用和意义 35 1 项目背景 1.1 项目概况 目前，我国正处于转型升级和结构调整的关键时期，在新兴网络技术和传统工业深度融合的新形势下，各个行业正迎来产业的巨大变革，其中以智能化技术与传统成套装备的融合实现产业升级正成为越来越重要的发展趋势。煤炭开采产业由于安全、环境等因素的影响，对智能技术与装备的需求尤为迫切，因此，发展以实现无人化开采为目标的智能技术与装备对我国煤炭开采产业的发展具有重要意义。 为贯彻落实中国制造2025和新一代人工智能发展规划，加快人工智能产业发展，推动人工智能和煤炭工业深度融合，顺应煤炭工业由人力、炮采、普采、综采向智能装备开采的发展趋势，提高企业安全生产水平，结合当前煤炭企业劳动效率低下、井下工作环境恶劣、招工十分困难和四川省XX煤田公司XX一矿（以下简称XX一矿）已投产7年，大部分综采设备已经陈旧，急需更新的实际，XX煤田公司决定在XX一矿C19上煤层新布置的13019上工作面更新综采装备时，实施煤矿智能技术装备，为企业转型升级发展引领方向。 1.2 国内外综采智能化现状 实现煤矿综采工作面少人化、无人化开采是当前采矿界的研究热点，美国、德国和澳洲的综采工作面无人化开采技术较先进。2001年，澳大利亚联邦科学与工业研究组织开始探索先进、安全、高效的自动化技术和模式，开展煤矿综采自动化技术和无人工作面的自动化装备和技术方面的研究，以代替人工实际操作的系统模式，开发了LASC长壁自动化系统，澳大利亚现已有60以上的综采工作面使用该技术。美国在薄煤层工作面研发了工作面矫直、煤机控制、支架人员接近保护、空顶检测、全景视频监视、煤机与支架防撞和远程监控等技术。 近年来，由于煤矿安全高效生产的迫切需要，依托国家863计划“煤炭智能装备掘采技术与装备”和国家发改委“煤炭综采成套装备智能系统”等重点专项支撑，以中国煤炭科工集团为代表的多家煤炭集团、综采自动化及机械厂商（上海天地科技、天地玛珂、山西科达、四川航天电液控制、平阳广日、三一重装等）、高校（中国矿业大学、太原理工大学等）等开展了自动化无人开采技术的研发工作。神华宁煤、中煤、陕煤、同煤、阳煤、平煤、晋煤、峰峰、新集口孜东等几十个矿区也都进行过探索与尝试。神东榆家梁44305自动化工作面神华首个薄煤层自动化采煤工作面，主要采用进口设备，实现采煤机记忆割煤（机载视频端头集控台远程干预）支架全工作面跟机系统集成控制，工作面自动化割煤，工作面无人；陕煤黄陵一矿1001工作面 “有人巡视、无人操作”，该系统在1.4-2.2米煤层工作面，配套全部国产综采成套装备实现“顺槽监控中心2人可视化远程干预控制，工作面内1人巡视”常态化连续运行，月产量达17.03万吨，年生产能力200万吨以上，生产效率提高25，生产作业人员由11人递减至3人；阳煤集团新元煤矿3107工作面，探索高瓦斯、复杂条件下工作面安全高效的自动化开采模式，针对3107工作面矿压大、瓦斯浓度高、地质构造多、底板松软等煤层特点，引入了支架双柱压力监测，瓦斯浓度检测与采煤机速度联动，采煤机与支架协调配合、数据共享技术，实现了高瓦斯、复杂的地质条件与采煤工艺下，全工作面自动化开采应用；淮南矿业集团张集煤矿1312（1）工作面，此工作面为典型的“三软”煤层，工作面高温高湿，顶底板破碎，片帮严重。自动化系统克服了以上不利地质条件，实现了工作面以自动化控制为主，人工干预为辅，工作面全视频覆盖监控，在井上与井下实现设备一键启动，围岩耦合技术应用，实现顶板和煤壁有效支护，采煤机防碰撞技术应用，工作面连续推进实时控制技术应用等自动化功能；转龙湾煤矿，首次采用惯性导航技术实现了设备三维空间定位和运行轨迹检测，运输机平直度测量偏差＜50mm；基于高精度行程传感器和双速逻辑阀实现拉架推溜行程精确控制，误差＜20mm，全工作面直线度偏差≤500mm，实现了复杂条件下的工作面自动化生产模式常态化运行。陕煤集团张家峁煤矿15202工作面，工作面年产600万吨，液压支架自动跟机割煤，液压支架无人操作，满足采煤机6m/s的采煤速度；焦煤集团岚县正利煤业有限公司104工作面，煤层厚度1.80-4.10m，平均3.34m，工作面走向长度2314m，采长180m，可采储量175万t，实现了工作面自动化生产。其他如晋煤集团古书院煤矿、西山煤电斜沟煤矿，取得了初步成功。 国内的综采自动化、智能化技术已趋于成熟，已有多个矿井实现了自动化采煤，智能化工作面多网合一、透明工作面技术、智能图像识别、工作面三维可视化技术、智能化工作面互联网等最新技术，已取得初步效果。但是，目前国内对综采智能化技术的推广应用多集中于近水平工作面，而XX一矿地质情况较为复杂，煤层倾角相对较大（12～24，平均19，最大30），因而本项目的实施，将对大倾角较薄煤层工作面采用智能化开采技术的推广具有重要的指导意义，对于整个煤炭行业智能化开采技术的推广也具有重要的意义。 2 项目总体思路及目标 2.1 总体思路 2016年我国发布了全国矿产资源规划（20162020年），明确提出未来5年要大力推进矿业领域科技创新，加快建设数字化、智能化、信息化、自动化矿山。为了跟上国家产业科技发展的步伐，XX煤田公司拟定XX一矿进行综采技术升级，综采向智能装备开采的发展，但XX一矿煤层地质条件复杂，煤层倾角大，赋存条件差，现有装备于国家产业要求智能化、信息化、自动化相差很大，现有装备无法满足智能化开采要求，需通过优化升级采煤设备及配套系统，分阶段实现综采工作面自动控制和可视化远程干预控制代替传统手动操作，实现井下现场集中控制，实现割煤、推溜、拉架、运输等智能化开采工艺，逐步实现智能化生产少人化开采，向无人化开采方向发展。 通过项目的实施在XX一矿建立“智能控制远程干预”的智能化开采模式，完成综采装备智能系统的构建，形成智能化综采生产系统，“以工作面自动控制为主，监控中心远程干预控制为辅”的工作自动化生产模式，实现“无人跟机作业，有人安全值守和巡视”的开采形式，尽可能减少工作面操作工人数量，提高煤矿综采自动化水平、改善煤矿回采生产安全条件、降低煤矿工人的劳动强度、提高生产效率。 2.2 总体目标规划 XX一矿智能综采技术总体目标完成工作面“三机”（采煤机、刮板输送机、液压支架）和供液系统智能控制,集中控制工作面自动割煤、推溜、拉架。 将XX一矿C19上煤层作为智能化开采工作面。根据矿井煤层倾角和赋存条件合理选择采煤三机设备和配套控制系统，实现采煤工作面采煤机、刮板输送机和液压支架就地联动控制、智能控制；实现在区段石门巷道内集中控制和可视化远程干预控制技术代替传统手动操作，实现工作面割煤、推溜、拉架等。按“两采一准”组织生产，配备人员50人，计划日推进5-6m。 2.3 技术路线 （1）调查分析XX一矿C19上煤层赋存特点及国内外综采自动化研究现状； （2）消化吸收国内外技术优点，制定XX一矿智能化工作面总体技术方案； （3）提出液压支架、采煤机、刮板输送机等设备的智能化要求； （4）提出工作面视频监控系统、泵站集成供液系统等子系统的技术要求； （5）进行工作面设备智能化系统集成。 3 项目关键技术及难点 3.1 关键技术 （1）液压支架跟机自动化技术 结合开采工艺，依据XX一矿C19上煤层工作面顶板压力、倾角、液压支架姿态、采煤机运行状态等信息，将整个生产过程划分为不同的阶段，自动决策并控制液压支架中部跟机、斜切进刀、端头清浮煤等动作，实现工作面自动连续生产。 （2）采煤机记忆截割技术 按照示范刀所记录的工作参数、姿态参数、滚筒高度轨迹，进行智能化运算，形成记忆截割模板，在自动截割过程中不断修正误差，实现自动调高、卧底、加速和减速等功能。 （3）工作面视频监控技术 将人的视听感官延伸到工作面，通过在工作面安装摄像仪，实时跟踪采煤机，自动完成视频跟机推送、视频拼接等功能，为工作面可视化远程监控提供“身临其境”的视觉感受，指导远程生产。 （4）远程集中控制技术 在井下打造一个“井下中控室”。按下“一键启停”按钮，工作面的设备依次顺序自动启动。设备数据高速上传和控制信号实时下达，控制延时不超过200ms；当发现生产过程出现偏离，如工作面顶板发生变化或液压支架未能移架到位，影响工作面连续推进时，可及时进行人工远程干预。 （5）工作面煤量自动协调控制技术 实现刮板输送机煤量与采煤机速度协调控制。 3.2 难点及创新 （1）大倾角智能化工作面液压支架、刮板输送机防倒防滑难题 由于XX一矿C19上煤层倾角大，赋存条件差，大倾角较薄煤层条件下对智能化装备的可靠性要求高，必须通过研发新型智能化液压支架防倒防滑协系统和刮板输送机防滑系统，并对智能化装备进行结构优化匹配，有效解决智能化工作面防倒防滑难题。 （2）大倾角智能化工作面采高测定难题 现国内智能化工作面一般是近水平工作面，近水平工作面采高测定技术以成熟，应用很广泛，但大倾角工作面采高测定技术还未有成熟经验，需要近一步开发研究，有效解决智能化工作面采高测定难题。 4 综采工作面智能化系统总体要求 4.1 系统概述 综采工作面自动化控制系统是一套完整的工作面自动化解决方案，系统将多种技术（如控制、以太网、无线、视频、通信、液压等）应用于综采工作面，实现在区段石门监控中心对综采设备进行集中自动化控制，确保各设备协调、连续、高效、安全运行，将工人从工作面解放出来，实现工作面少人化。 综采工作面自动化控制系统采用综合接入器，实现工作面以太网传输，实现数据传输的高速性和及时性。 4.2 系统组成 图5-1 综采自动化系统结构图 系统主要由矿井综采工作面智能化系统、矿井综采工作面动力中心及其他相关系统组成。 4.2.1 矿井综采工作面智能化系统组成 1.综采工作面集中控制中心 2.工作面各子系统 1）液压支架电液控系统 2）三机控制通讯子系统 3）采煤机控制通讯子系统 4）工作面视频系统 5）泵站集中控制系统（含水处理系统的集中控制） 4.2.2 矿井综采工作面动力中心 综采工作面动力中心由移动变电站、组合开关、电缆等组成。 4.3 总体目标及效果 以先进可靠的电液控系统，三机智能通讯系统、泵站系统、采煤机控制子系统为基础；以工作面大型设备故障诊断系统、安全监测监控系统和工作面视频系统为保障；以工业总线网络为通道；以大数据分析和处理为依据；以高端集控设备为平台。建设区段石门集中控制，具有主动感知、自动分析、智能处理的安全、高效、少人化的智能综采工作面。 4.3.1 综采工作面总体实现目标及效果 序号 综采工作面自动化系统名称 设备构成 功能及预期效果 1 电液控系统 综采工作面液压支架电液控制系统主要由控制器、液压主阀、行程传感器、压力传感器、红外传感器、采高传感器、井下主机、高速数据交换机等组成。 1 实现跟机自动化。具备故障自诊断、自调节功能。 2 具备单键单动作，成组动作，工作面急停，远程单键单动作，跟机自动化，自动补压，自适应控制等功能。 3 实现割三角煤，中部跟机自动化。 4 完善的保护功能 5 采用以太网传输协议，可作为工作面设备数据传输平台 2 三机控制通讯子系统 三机控制通讯子系统主要由控制器、本安电源、拉力电缆、本安组合扩音电话、本安闭锁开关和智能终端等组成。 1 数据监测功能对三机运行状态运行状态进行实时远程监测。 2 自动化控制功能三机控制系统能够实现刮板输送机、转载机、破碎机、顺槽皮带集中自动化控制功能。 3 采煤机控制通讯子系统 由采煤机自带的电控系统实现 1远程控制功能实现对采煤机的远程控制 2运行监控对采煤机的相关运行数据如电流、速度、方向等）进行显示和控制。 4 工作面视频系统 摄像头、上位机等 1 监测设备运行状况 2 工作面视频跟机自动切换 3 监测工作面运行状态 4 视频摄像头实现跟踪功能，跟踪井下人员 5 红外补光，彩色图片 6 自清洁功能 5 泵站集中控制系统 由泵站生产厂家自带含控制器、传感器等 主要功能为1）单泵启停功能。2）自动控制功能。3）自动配比功能。4）水处装置同步控制。 通过辅助控制器采集并控制泵站，并且通过安装在泵站内的传感器实时监测泵站的运行状态，达到将单独的泵站设备集合为系统，实现泵站间的数据共享和联动，达到泵站的智能控制。 6 工作面集中控制中心 工作面集中控制中心为组合式一体化设计,由综采工作面自动化主机、电液控系统主机、高速数据交换机、一体化操作间组成 1采煤机远程监测、控制 2液压支架远程监测、控制 3三机实现智能控制 4）实现主煤流系统的联控 3实现和动力中心的联控 4工作面视频监控 5）实现智能泵站的控制 4.3.2 工作面主要生产人员配置目标 智能化工作面人员配置明细表 班组 工 种 实际需工种 主 要 内 容 早 中 夜 生 产 班 集控操作司 机 2 2 正司机负责操作SAM/SAP集控系统、观察工作面采煤机煤壁视频情况、打扫卫生；副司机负责操作SAC电液控制系统，负责和巡视工进行联络，并发出开车和停车预警信号。处理单板日常故障。 安全巡视工 2 2 拉架、换截齿、推溜、处理支架一般故障。负责工作面内浮煤浮矸的清收，负责胶带输送机的操作维护、确保正常运转。兼负日常的故障处理，负责监视工作面缆线的移动。 端 头 工 3 3 两端头支护、移机头和机尾、超前支护、支柱回撤、巷道维护，充填空间支护等。 班 长 1 1 负责当班安全、工程质量、生产的组织和协调工作。 巡 检 工 1 1 负责转载点及输送机卸载点浮煤清理及其它。 小班电钳工 1 1 负责生产班组临时故障处理。 小 计 10 10 生产班日出勤最少定员102＝20人。不包括休息人数 维修 班 支采钳工 4 维修采煤机、液压支架、泵站等。 三机钳工 4 维修胶带、刮板输送机和桥式转载机输送机等。 电 工 4 维修所有电气设备。 文明生产工 2 工程质量和文明生产的整治、隐患的整改。 班长 1 负责当班检修工作的组织和协调工作。 小计 15 队管 队长 1 书记 1 副队长 3 技术员 1 综管员 1 队管在册人数 7 合 计 42人 队计件总人数7351.25＝50人。 总 计 智能化工作面回采所需要人数为50人。 5 工作面集中控制中心技术要求 5.1 系统构成 工作面集中控制系统安装在区段石门内，构成见下表不限于 序号 名 称 单位 数量 备注 1 综采工作面自动化控制系统 套 1 1.1 综采工作面自动化主机 套 1 1.2 电液控系统主机 套 1 1.3 高速数据交换机 套 1 1.4 一体化操作间 套 1 5.2 系统总体功能要求 5.2.1 基本要求 5.2.1.1 集成及接入 矿井新建10000M以太网，将综采工作面各子系统均采用1000M以太网或标准现场总线接入至新建统一平台。 5.2.1.2 监测及控制 1.系统须具有在区段石门监控中心对工作面设备的集中控制与一键启停功能， 主要功能如下 （1）具有在区段石门监控中心对采煤机工况监测与远程控制功能。 （2）具有在区段石门监控中心对液压支架工况监测与远程控制功能。 （3）具有在区段石门监控中心对工作面运输设备工况监测及集中控制功能。 （4）具有在区段石门监控中心对泵站系统设备工况监测及集中控制功能。 （5）具有区段石门监控中心对综采设备数据集成、处理、故障诊断（包括对采煤机、液压支架、运输机的故障诊断）、管理等功能。 （6）综采工作面所有设备按程序运行，协调动作。 2.系统须具有工作面视频系统，实现对主要综采设备进行实时监控。 3.当综采工作面自动化控制系统出现故障时，各子系统不受综采自动化控制系统控制，以保证在检修和综采自动化控制系统出现故障时，各子系统能单独开车，确保生产不受影响。 5.2.1.3 传输 系统须具有工作面工业以太网，在工作面实现数据的高速传输。 5.2.2 智能特性 1.具备各子系统的智能特性。 2．工作面自动化模块可对井下工作面采集的各相关数据进行分析计算，将工作面采煤机、液压支架、刮板机等单一设备的工作进行集成,应能实现采煤机、刮板机和液压支架的协同控制。 3．采工作面智能化系统要实现具备故障自诊断功能通过对设备状态的监测分析，制作相应的状态报告，尽早发现潜伏性故障，提出预警，避免发生严重事故，保证设备的安全、经济运行。通过对历史数据的分析处理，实现状态监测趋势的图形化分析，生成相关分析报告和报表，为煤矿的预防性维护提供可靠的依据。为设备从计划检修过渡到状态检修提供辅助决策。 4.根据液压支架动作顺序，预先进行对泵站的控制和调节。 5.综采工作面智能化系统要实现具备智能自调节功能 1 实现自动调高功能，在监测支架绝对高度的同时，兼顾支架相对高度的控制。 2 实现智能工作面煤流与负荷之间协调功能。 3 实现工作面环境与生产能力协调功能。 5.3 系统具体技术要求 5.3.1 区段石门监控中心 5.3.1.1 硬件组成（不限于） 1）区段石门监控中心应采用组合式一体化设计，负责进行液压支架远程操作，一台操作台负责对采煤机进行远程操作及对三机进行集中控制。 2区段石门监控中心主要由主控计算机、显示器、操作台（液压支架远程操作台 1 台、采煤机/三机操作台 1 台）、交换机等设备组成。 3区段石门监控中心显示器显示支架视频、采煤机视频、支架电液控相关信息、工作面设备信息、泵站相关信息、工作面其它视频。 4主控计算机支持多种接口RS422，RS485，CAN总线接口，防护型USB接口，光纤接口。所有接口均为使用灵活的模块化设计，可根据现场条件进行调整。支持多种现场总线协议DUSTBB22444，Modbus/RTU，Modbus/TCP， CANbus，Profibus，TCP/IP。 5.3.1.2 监测功能 1 工作面自动化系统可实时监测工作面各设备运行情况,并在集控主机进行显示。 ① 采煤机工况显示，主要包括左右摇臂、左右牵引轴承的温度，牵引方向、速度，液压系统背压压力及泵箱内液压油的高度，冷却水流量、压力，油箱温度，左右滚筒高度，机身仰俯角度，采煤机在工作面位置。 ② 运输机的工况显示，主要包括运输机、转载机及破碎机的启停状态、工作电流、工作电压、功率。 ③ 液压支架工况显示各支架压力值、各支架推移行程、各电磁阀动作状态、支架高度、工作面推进度、主机与工作面控制系统通信状态。 ④ 泵站系统工况显示泵站出口压力、泵站油温、泵站油位状态、泵站电磁阀动作情况、液箱液位、浓缩液油箱油位，配比站的压力、成分，水处理装置运行状态显示。 2工作面设备与区段石门监控中心各主控计算机的通信状态显示。 3工作面设备保护信息显示，包括漏电、断相、过载、各种故障状态、数字信号的反馈等。 4工作面语音系统状态显示，包括电话闭锁状态显示、急停状态显示和断路位置显示（断路的具体架号）。 5环境参数的显示，包括工作面瓦斯数据。 6工作面自动化系统具备历史故障查询功能，所有出现故障都记录到系统内的历史服务器中，用户可根据时间，故障类别进行查询。 7工作面自动化系统具备实时矿压分析和历史矿压分析，并可进行打包上传，方便用户对矿压数据进行分析，并绘制出相应的图表。 8工作面视频显示。 9进行视频管理，查询，存储等功能。 10工作面自动化系统具备通讯监测功能,当与其他主控计算机通讯中断后,进行实时报警和断电保护。 注要求以上各子系统具有通信接口，将工况信息通过该接口传输给综采自动化控制系统。 图5 -1自动化主画面 5.3.1.3 控制功能 1.液压支架远程与协调控制 1 自动化控制系统通过与电液控系统通讯获取液压支架数据，并能够在区段石门监控中心对工作面液压支架进行监控。工作面监控中心通过交换机向电液控制系统主机发送控制指令，并且电液控系统开放控制权限并提供数据接口，能够实现对液压支架的远程控制。 2在支架电液控制系统的基础上，实现在区段石门监控中心对液压支架的远程控制。在区段石门监控中心设置一台液压支架远程操作台，以电液控计算机（液压支架电液控制系统提供）主画面和工作面视频画面为辅助手段，通过操作支架远程操作台实现对液压支架的远程控制。 3显示所有支架立柱压力，推移行程，控制模式。 4显示所有支架控制器的急停状态、通信状态、驱动器与支架控制器通信状态。 5显示工作面的推进度，包括当班和累计进度。 6对任意支架进行远程控制，主要包括推溜，降架，拉架，升架，及其他功能动作。 7可实现在区段石门监控中心对液压支架的自动跟机功能的远程启停。 8可以在区段石门监控中心显示工作面液压支架姿态。 9自动化系统通过电液控系统能够在工作面监控中心集中修改工作面采煤工艺和参数。 图5-2液压支架监视画面 图5-3 支架远程控制系统图 2.采煤机远程控制 采煤机上位机通过交换机接入到综合自动化平台，实现采煤机状态实时显示，远程控制，综采设备联动，记忆割煤，状态数据分析和评估，实现采煤机智能化控制。 （1）状态显示功能 采煤机运行状态在自动化平台上显示，包含 牵引电机电流，截割电机电流，采煤机行走速度及方向，采煤机位置，采煤机牵引电机油温，摇臂高度，机身仰俯角，以及轴承温度等等数据。 （2）远程控制功能 自动化平台可以通过人为按键方式或者通过系统内部程序方式向采煤机发送控制指令进行远程控制。控制功能包括启停采煤机液压电机，启停截割电机，启停牵引电机，更改行进方向，采加速和减速，摇臂升降调节、内外喷雾自动开关等。为保证控制指令及时有效，控制小于200ms。 （3）在区段石门监控中心配置一台本安型操作台，可依据采煤机主机系统及工作面视频系统实现对采煤机的远程控制。 （4）记忆割煤（采煤机需具备记忆割煤功能）区段石门监控中心内的工作面自动化控制主机能够控制采煤机开启、停止记忆割煤功能，集控主机将控制指令发送给采煤机控制箱，由采煤机控制箱将控制指令下达给采煤机。 （5）实现采煤机数据接收、传输， 通过与主机进行双向通信，实现在区段石门监控中心和地面对采煤机实时远程自动监测、监控, 包括对采煤机启停运行状态、运行方向、采高、速度、位置等数据。 （6）可以与刮板运输机负荷关联，当刮板输送机过载运行时可放慢采煤机的牵引速度，减少煤量；当刮板运输机负荷超过设定上限时，自动停止并闭锁工作面采煤机。 （7记忆割煤功能 当采煤机具备记忆割煤功能，自动化系统通过启动记忆割煤功能，实现综采工作面自动化开采。 （8修正采割曲线 采煤机记忆割煤需适应工作面变换。通过在液压支架控制器上输入工作面高度修正值的方式获取与工作面相适应的采割曲线。采煤机在自身安全规程之内执行修正后的采割曲线，实现采煤自动化。 9采煤机须提供双线 CAN 或 RS485 接口，向综采自动化控制系统提供远程控制接口，开放通信协议。 图5-4 采煤机监视画面 图5-5 采煤机控制系统图 3.工作面刮板运输机、转载机、破碎机及胶带输送机的集中控制 1 数据监测功能 1三机、顺槽皮带控制系统能够与三机控制箱、三机数据分站及主煤流据分站进行通讯，进而获取三机、皮带运行数据，并通过自动化主机实现对三机运行状态、顺槽皮带运行状态进行实时远程监测，可监测的数据包含 2三机各电机绕组温度、减速器温度、减速器油温、减速器油位、冷却水温度、冷却水流量、皮带启停状态、跑偏报警、堆煤报警、烟雾报警等信息，同时还应显示工作面语音报警。 3采煤机、刮板运输机、转载机、破碎机、胶带输送机开关状态显示，包括各个回路运行状态、电流大小、电压大小以及漏电、断相、过载等故障状态显示。 2 控制功能 （1）实现与工作面三机、胶带机控制器等设备的双向通信。 （2）实现对刮板运输机、转载机、破碎机及胶带输送机的单设备远程启停控制。 （3）实现对刮板运输机、转载机、破碎机及胶带输送机的顺序远程启停控制，起动顺序胶带输送机-破碎机-转载机-刮板运输机；停止顺序刮板运输机- 转载机-破碎机-胶带输送机。 （4）实现对运输机、转载机及破碎机等设备的集中控制。 （5）实现与胶带输送机的双向通信，实时获取胶带输送机的运行状态，若胶带输送机处于停止状态，自动闭锁工作面三机设备。 （6）当工作面自动化系统出现故障时，三机、皮带机集控子系统不受自动化系统制约，可以单独开机，确保生产不受影响。 图6-6 三机监视画面 图6-7破碎机、转载机、刮板机、胶带输送机集中控制通信图 4.泵站系统的集中控制 泵站乳化液配比通过交换机接入到自动化平台上，实现泵站的的自动化配置的实时状态显示，实现乳化液泵，清水泵的启停控制，远程控制。 工作面自动化系统应具备远程控制功能，自动化主机通过数据通讯可向泵站系统及自动配比系统发送控制指令实现泵站系统、自动配比系统远程控制功能。 1泵站系统数据监测功能 泵站系统及乳化液配比装置的相关运行数据经过数据通讯传输给区段石门集中控制室内的自动化主机，并在自动化主机上进行显示，显示内容需包含泵站工作状态、控制模式、泵站油温、油位、出口压力及压力差、液箱液位以及乳化液配比浓度、工作状态等所有泵站系统发送给自动化主机的数据信息，能够实现对泵站、乳化液配比设备的远程监测，同时具备将泵站运行故障报警进行集成显示。 2泵站系统数据远控功能 （1）泵站系统须具有远程控制接口，采用以太网通信接口与泵站系统进行通信。 （2）实现与泵站控制系统的双向通信。 （3）单台乳化泵启动、单台乳化泵停止、单台喷雾泵启动、单台喷雾泵停止；自动配比启动、自动配比停止。 （4） 泵站联动启动、泵站联动停止以及泵站系统急停功能，实现根据液压支架需求，实时启动单泵或多泵。 （5）实现对泵站系统数据采集，对泵站系统的运行状态进行集中显示。 图6-8 泵站监视画面 图6-9泵站集中控制通信图 5.3.1.4 故障诊断功能 1） 采煤机故障诊断 （1）采煤机的通讯故障、开机率、位置错误； （2）在刮板运输机过载时，采煤机未暂停采煤过程控制。 2）液压支架故障诊断 （1）智能设备故障诊断，包括程序丢失，参数错误，输入错误，输出错误，通讯错误，人机交互错误和安全操作装置故障等。 （2）采集数据故障诊断，超出量程的报超限；数值固定不变的报故障；依据传感器逻辑判断存在问题的报不稳定。 （3）能显示液压支架故障性质及架位。 3）刮板运输机故障诊断 （1）对设备的每台减速器及电动机进行温度、压力、流量、位移、转速等参数的检测，并对这些参数进行分析处理。 （2）实现设备运行数据的实时显示、报警、传输。 图6-10故障查询主画面 5.3.1.5 运行报告分析功能 1.设备运行状态关键指标 2.图形表示，清晰明了 3.定期生成或选定任意时间段每班次，每天，每周，每月 4.任何终端，依据权限查看状态分析报告 5.状态分析报告服务器自动生成报告 6.实现预防式服务 5.3.2 安全控制 5.3.2.1 区段石门监控中心的安全控制 1）采煤机、支架监控计算机支持密码权限控制，只有经过授权的用户才可以进行支架、采煤机远程控制。 2）采煤机操作台支持心跳键，当采煤机操作台处于无人值守时，采煤机将自动停机保护。 3）采煤机操作台可以进行远程闭锁，禁止采煤机运行。 4）采煤机操作台监测采煤机的通讯状态，当通讯中断时，采煤机将自动停机保护。 5.3.2.2 单机安全控制 1）采煤机的安全控制 （1）实时通讯检测，设置检测及校验，当通讯失败或是校验出错的情况下，采煤机保护锁定，不允许启动及操作（就机模式除外）。 （2）具备就机操作、远程自动控制两种模式互锁功能，在就机模式下，不允许远端控制；在远端控制模式下允许就机控制，用以保证采煤机操作的安全性。 （3）采煤机上电前发出预警信号，预警后才启动电机。 （4）采煤机自动记忆截割模式下，各项操作均可以人工干预，人工干预具备比较高的优先级。 （5）对于机组状态，对多种参数分别设置报警值和保护动作值，分级提示系统操作员。 （6）工作面视频系统在运行过程中通过获取采煤机位置信息，当采煤机开始割煤时，视频画面会跟随采煤机进行切换，保证在监控中心的操作人员可实时跟踪到采煤机附近的设备与人员信息，并能根据工作面情况及时发出相应的远程控制指令，确保设备与人员的安全。 2）液压支架的安全控制 （1）改参数密码管理两级密码管理方式，分别为基本密码→高级密码设置。其中基础密码管理实现对工作面普通参数管理。 （2）修改参数过程中采用两遍确认方式，修改参数时当输入参数并按下确认键后，还需再确定一遍是否决定修改此参数，防止输入参数时输入错误数据。 （3）动作操作时的声光报警功能，在支架执行动作前，控制器会有声光报警通知工作人员离开本架范围，防止支架动作时发生危险。 （4）防止误操作支架的动作操作均为两步及以上的按键操作。 （5）人机界面键盘锁，当人机界面连续 5 次出现错误操作则将人机界面键盘闭锁，防止误操作。 （6）通讯机制在通讯方式上采用了应答机制、重发机制、序列机制等方式，防止在通讯系统中产生错误的信号导致误操作。 （7）采煤机位置限制在跟机自动化时限制采煤机的位置跳变，当位置跳变大于设定值，则跟机自动化自动停止，防止发生危险。 （8）支架控制器上电自动检测，当发现电磁阀常输出则本架控制器自动闭锁并将信息报送到集控中心防止发生事故。 （9）当支架控制器本架硬件闭锁时，判断邻架是否有效软件闭锁，若邻架没有有效闭锁则在本架报警，防止人员进入相邻支架工作发生事故。 5.3.3工作面工业以太网 工作面以太网主要由矿用本质安全型综采综合接入器、本安型交换机、矿用隔爆兼本质安全型稳压电源、矿用光缆等组成，形成工作面工业以太网，实现数据的高速及时传输。 图6-11 工作面以太网结构图 1 、每6个支架配备1台本质安全型综采综合接入器，接入器与接入器之间通过以8芯连接器连接，每台接入器通过1台双路矿用隔爆兼本质安全型稳压电源供电。 2、每台接入器作为一个以太网节点，可接入以太网信息，包括视频信息与数据信息，还可进行模拟量与数字量的采集。 5.3.４工作面视频系统 工作面视频系统包括矿用本质安全型摄像仪、矿用本质安全型显示器和矿用本质安全型操作台、安装电缆及附件等组成。 图6-12工作面视频系统（单套） （1） 每6个支架配备3台矿用本质安全型摄像仪，安装于支架的顶梁上，1台矿用本质安全型摄像仪拍摄方向与工作面平行，其余两台矿用本质安全型摄像仪每隔3架布置，拍摄方向垂直于工作面。通过该种布置，可最大程度的监视采煤机割煤情况。 （2） 视频系统通过通信获取采煤机运行位置和方向，实现在视频显示器上跟随采煤机自动切换视频画面。 （3） 矿用本安型摄像仪是网络摄像仪，采用以太网进行视频传输， 摄像仪传输接口采用以太网电口传输，该摄像仪具有红外补光功能，摄像仪通过有线的方式接到综合接入器，通过接入器供电及进行视频信息的传输。 （4） 每3个支架配备1台矿用隔爆巷道灯，安装于支架的顶梁上。巷道灯功率不低于28瓦，照度3000lm。 （5） 在刮板运输机机头和机尾、转载点、皮带机头处各安装1台矿用本质安全型摄像仪，进行实时监控。 （6） 地面录像服务器仅对重点采集点（采煤机工作区域、监控中心及其它相关采集点）的视频进行动态录像，且录像存储时间不小于1个月。 5.4 数据传输要求 1．同电液控系统接口 支架电液控制系统采用以太网接口，标准OPC-XML协议，和工作面集中控制系统通讯。 2．同三机控制通讯子系统接口 三机控制通讯子系统主控制器对外提供不少于 1 路通信接口，采用 RS485或以太网协议实现和工作面集中控制系统通讯。 3.同工作面视频系统接口 采用以太网接口，标准OPC-XML协议，和工作面集中控制系统通讯。 4.同泵站集中控制系统接口 采用以太网接口，标准OPC 协议，或AB PLC驱动通信的方式和工作面集中控制系统通讯。 5.同矿井综合自动化通讯。 本系统光纤以太网就近接入控制网环网交换机，满足接入矿井 10000Mpbs 环网要求。 6．工作面内部通讯连接方式铠装电缆（有线方式）,具备 Vlan 划分功能，将工作面数据流与视频等信息分开，保证重要数据能获得足够网络资源进行传输。 7．工作面电液控、视频定位二网合一，共用一根传输光缆。 8．集控系统与电液控制系统控制指令延时小于100ms。 9．集控系统与采煤机通讯时间间隔可低至50ms。 5.5 同工作面其它子系统联动要求 5.5.1 同工作面动力中心联动功能 工作面动力中心集成到综采工作面集中控制中心，结合用电负荷，用电时间，自动化平台自动控制供配电设备，实现煤矿供电系统能源管理，减少电力故障处理工作量，缩短电力故障引起的停电时间，实现变电所无人值守和预防式维护。 （1）供配电系统各设备状态在综采工作面集中控制中心显示及控制，实现对整个电力系统的监控。 （2）通过动态显示预警和报警值，以及报警信息