煤矿掘进工作面自动化远程控制技术的研究及应用.pdf

技术应用Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ ＹＡ Ｎ ＤＭＡ Ｒ Ｋ Ｅ Ｔ Ｖ ｏ ｌ ． ２ ７ ， Ｎ ｏ ． ５ ， ２ ０ ２ ０ 煤矿掘进工作面自动化远程控制 技术的研究及应用 孙建涛 （ 中国平煤神马集团平顶山天安煤业股份有限公司六矿，河南 平顶山 ４ ６ ７ ０ ０ ０ ） 摘 要在煤矿开采掘进过程中， 一些传统的机械设备无法充分满足煤炭开发量的需求， 主要表现为煤炭开发设备的安 全程度较低同时效率比较低下， 直接影响到了煤炭资源开发的整体效率。因此， 以矿井掘进工作面有效引入集控一体自 动化远程控制技术为例， 阐述了矿井自动化远程控制技术的深远意义。 关键词集控一体化；自动化远程控制技术；应用 ｄ ｏ ｉ １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６－ ８ ５ ５ ４ ． ２ ０ ２ ０ ． ０ ５ ． ０ ３ ２ 引言 在我国社会经济高速发展中， 对煤矿能源的生产和消耗都 是十分庞大的， 为了满足煤矿资源供应， 对煤矿生产工作提出 了很高的要求。由于煤矿生产环境和内容十分复杂， 往往煤矿 资源生产存在很大的难度， 为了提高煤矿生产水平， 逐渐投入 了煤矿机械自动化设备， 而想要充分发挥煤矿机械自动化设备 的作用， 一定要做好对设备的自动化控制。 实例概述 本文就以平煤神马天安六矿戊９ － １ ０－ ２ ２ ２ ９ ０风巷掘进工作 面皮带、 水泵， 风机集控一体化安装与应用为例进行研究， 为建 立自动化工作面积累经验， 为实现自动化、 智能化、 无人化矿井 奠定基础， 避免让更多的员工在危险的环境下工作。 戊９－ １ ０－２ ２ ２ ９ ０风巷地面标高（ ｍ ）＋１ ８ ０～＋３ １ ０ ， 井下标 高（ ｍ ）－ ６ １ ０～－ ６ １ ７ ， 地面的相对位置为陈家沟。井下相对位 置为东部是四六矿边界， 西部是戊二下山保护煤柱， 南部是戊 ８－ ２ ２ ２ ９ ０－ 采空区， 北部为实体。巷道上部为戊８－ ２ ２ ２ ５ ０采空 区， 施工期间顶板压力大， 地鼓、 帮鼓、 顶板下沉明显。该工作 面设计长度为 １８ ０ ５ｍ ， 车场外围运输系统主要由原戊戊 ８－ ２ ２ ２ ５ ０机车场返修改造而成， 主要由出煤道、 上山运输巷、 风巷 外段运输巷、 风巷一号下山运输巷、 风巷中段运输巷、 风巷二号 下山运输巷、 风巷里段运输巷、 切眼八部分组成， 意味着将安装 ８部胶带运输机， 该工作面采用综掘机掘进， 风动钻机打帮锚 杆， 胶带输送机出渣， 液压钻机施工顶锚及树脂锚索， 采用综掘 机掘进。该工作面水文地质情况中等， 水源主要为顶板砂岩含 水层、 裂隙水及浅部老空水。 面对这种复杂的掘进条件， 为了保证工作人员可以进行安 全高效的生产工作， 相关技术人员需要加强对煤矿智能化工作 面进行研究， 提高工作中的智能化和自动化， 避免让更多的员 工在危险的环境下进行工作。 自动化远程控制技术的实践及应用 由于该工作面地质条件、 施工工艺、 运输系统的复杂性， 相 关技术人员深入研究制定了一套符合现场实际的技术升级改 造方案， 决定采用皮带、 水泵、 风机集控一体化远程控制技术。 控制部分接入井下的防爆计算机和地面的上位工控机， 语音接 入传输接口上传到地面的语音对讲。Ｋ Ｈ Ｐ １ ７ ８ Ｋ的通信端子与 Ｋ Ｈ Ｐ １ ７ ８ Ｋ－ Ｚ采用 Ｍ Ｏ Ｄ Ｂ Ｕ ＳＲ Ｔ Ｕ协议， 硬件使用 ４ ８ ５进行通 信。数据利用 Ｔ Ｃ Ｐ协议传输， 采用网线将数据同时传入到井 下的防爆计算机和地面的集控调度室上位工控机。可选择不 同的操作模式， 如可以现场操作、 井下控制室 Ｋ Ｈ Ｐ １ ７ ８ Ｋ－Ｚ上 控制操作、 在防暴计算机上监控操作、 在地面上位机监控操作。 Ｋ Ｈ Ｐ １ ７ ８ Ｋ－ Ｚ主要由 １ ０ ． ２寸触摸屏、 西门子 Ｐ Ｌ Ｃ、 语音模块、 光纤 Ｋ块组成， 可以稳定控制皮带运行， 水泵开关停开、 风机倒 台等功能还具有语音播报、 打点、 通话功能。 ２  １ 井下皮带的集控系统 煤矿井下运输离不开胶带， 为了确保煤炭资源传送的连续 性， 必须要提高带式运输机的运输量及安全性， 经过相关人员 的不懈努力， 该工作面运输成功实现集中控制。计算机的分布 控制系统作为本煤矿胶带的运输的集中控制系统， 在实际应用 中发挥着良好的作用。皮带集控主要由 Ｋ Ｈ Ｐ １ ７ ８ Ｋ煤矿用带式 输送机保护控制装置（ 每个皮带配置 １台） 、 Ｋ Ｈ Ｐ １ ７ ８ Ｋ－ Ｚ１台 和若干皮带保护传感器、 语音信号器等组成。控制部分接入井 下的防爆计算机和地面的上位工控机， 语音接入传输接口上传 到地面的语音对讲装置。 戊９－ １ ０－ ２ ２ ２ ９ ０风巷将巷道内的 ８部皮带的 Ｋ Ｈ Ｐ １ ７ ８ Ｋ煤 矿用带式输送机保护控制装置连接起来， 在第三部皮带设立 井下总终端控制点， 井下操作人员可在此处进行皮带的操作。 然后由网线经井下的信息接收器传至地面的上位工控机， 实 行井下与地面双监控、 双管理， 达到了 ８部皮带的正常运转与 ０８ 技术与市场技术应用 ２ ０ ２ ０ 年第２ ７ 卷第５ 期 检测。 主站、检测传感等都是控制系统的重要组成部分， 一般在 胶带机的现场对控制分站进行安装， 这样就能对胶带机进行有 效的控制， 提升对信号的检测效率， 对设备进行可靠的控制； 在 对胶带机进行控制时， 不同的胶带机有不同的分站， 实现对胶 带机的单独控制。在井下集中控制室中是主站的布区域， 在对 胶带运输系统进行控制时， 可以分为手动与自动 ２种方式， 一 旦在运行过程中出现故障， 就会对发生故障的位置与性质进行 显示， 还能够实现对胶带机和给煤机等启停以及相关皮带问闭 锁控制等的遥控。同时该系统在实际运行中， 还能对物料的探 测、胶带的速度和跑偏与温度的保护等进行检测， 这样就能极 大地提升煤矿机作业时的可靠性与安全性。 ２  ２ 掘进工作面风机、 运输联动集控系统 由风机控 制 器 Ｋ Ｈ Ｐ １ ７ ８ Ｋ（ 每 组 风 机 配 置 １台） 、 １个 Ｋ Ｈ Ｐ １ ７ ８ Ｋ－ Ｚ和风筒传感器、 瓦斯传感器、 电流互感器组成， Ｋ Ｈ Ｐ １ ７ ８ Ｋ和 Ｋ Ｈ Ｐ １ ７ ８ Ｋ－ Ｚ之间采用 Ｍ Ｏ Ｄ Ｂ Ｕ ＳＲ Ｔ Ｕ通信协议， Ｒ Ｓ ４ ８ ５通信的 Ａ 、 Ｂ选用矿用屏蔽电缆。接线板的控制 Ａ Ｂ和 语音 Ａ Ｂ都是直通接法， 控制部分接入井下的防爆计算机和地 面的上位工控机， 语音接入传输接口上传到地面的语音对讲 装置。 井下风机控制器与下井皮带终端控制器相连接， 终端控制 器可满足井下操作人员操作皮带时同时对风机进行监控管理。 风机的管理权限也由井下的信号接收器传输到地面， 避免了因 风机出现故障， 井下人员不能及时发现造成事故， 可由地面的 上位工控机及时发出警告， 地面人员及时发现进行处理并通知 井下人员， 不但实现了远程控制也实现了地面、 井下双重监测 动态管理的目的， 而且还进一步缩短了故障排除时间， 确保了 设备正常运转率。 ２  ３ 水泵集控系统 由于该备用工作面水文地质条件复杂和地理位置特殊及 巷道走线长度远， 巷道积水点较多， 因此需多台水泵联锁抽水 才能达到安全生产标准化的要求。水泵集中控制系统由 Ｋ Ｈ Ｐ １ ７ ８ Ｋ （ 每个水泵配置 １台） 、 １个 Ｋ Ｈ Ｐ １ ７ ８ Ｋ－ Ｚ和液位传感 器（ 每个水泵配置 １台） 、 电流互感器 组 成， Ｋ Ｈ Ｐ １ ７ ８ Ｋ和 Ｋ Ｈ Ｐ １ ７ ８ Ｋ－Ｚ之间采用 Ｍ Ｏ Ｄ Ｂ Ｕ ＳＲ Ｔ Ｕ通信协议， Ｒ Ｓ ４ ８ ５通信 的 Ａ 、 Ｂ选用矿用屏蔽电缆。接线板的控制 Ａ Ｂ和语音 Ａ Ｂ都 是直通接法， 控制部分接入井下的防爆计算机和地面的上位工 控机， 语音接入传输接口上传到地面的语音对讲装置。 目前戊９ － １ ０－ ２ ２ ２ ９ ０风巷只有 １台固定 １ ５ｋ Ｗ水泵。井下 水泵控制器与下井皮带终端控制器相连接， 终端控制器可满足 井下操作人员操作皮带时同时对水泵进行监控管理。水泵的 管理权限也由井下的信号接收器传输到地面。水泵设置有自 动感应器， 在水位达到设定水位线时， 水泵会自动开启进行抽 水作业， 也可由地面的上位工控机设置定时抽水功能。 在戊９ － １ ０－ ２ ２ ２ ９ ０风巷进行交面后， 巷道内会设置多部水 泵， 采用水泵集控后， 可大大避免了人工巡查抽水的浪费及因 抽水不及时所造成的事故影响。 煤矿采掘设备集群控制的技术优势 １ ） 减人。通过集控的自动化改造， 让设备代替司机和巡检 人员值班， 可以大大减少采掘皮带巷道的工作人员。 ２ ） 节能。通过集控的自动化改造， 控制主机根据传感器采 集的信号， 可实现有煤逆煤流开皮带， 无煤可以顺煤流开皮带， 皮带拉空自动停车的功能， 可以有效减少皮带机空转带来的电 能浪费。 ３ ） 增效。通过自动化监测监控， 提高采掘皮带工作的稳定 性和可靠性， 可以有效减少皮带机空转带来的设备磨损， 延长 设备寿命， 减少皮带托辊等耗材用量。 ４ ） 及时。发现风机故障， 水泵水位过高， 能够及时由地面 的上位工控机发出警报， 及时处理故障， 通知井下人员进行故 障查询。 结语 现阶段， 我国煤炭的开采率仍然无法满足我国工业发展的 需求， 并且煤矿开采工作中， 也会因为设备的老化、 矿井环境等 多方面因素的影响， 而为工作人员带来威胁， 只有良好的运用 煤矿设备自动化技术， 才能够真正地提升煤矿设备的安全性能 与稳定性能， 从而确保工作人员的安全， 进一步提高煤矿开采 工作的效率。 参考文献 ［ １ ］ 崔颂芳． 煤矿机电自动化设备自动化控制技术分析［ Ｊ ］ ． 工程技术， ２ ０ １ ０ （ ８ ） ２ １ ． 作者简介 孙建涛（ １ ９ ７ ４－ ） ， 男， 河南平顶山人， 本科， 助理工程师， 研 究方向 采煤掘进 、 矿山机电。 １８