陈强
山东华新建筑工程集团有限责任公司 山东 新泰 271219
摘要：针对国内综采工作面数字化程度低导致的各控制子系统间相互孤立,无法实现相互连锁和联动、信息传输实时性差、系统故障率高且难以查找等迫切需要解决的问题,分析了煤矿综采工作面数字式智能化落后现状,重点研究讨论数字式煤矿综采工作面在集控系统、采煤机、刮板输送机、液压支架、供电、通信及视频监控等方面的应用技术;同时针对数字式煤矿综采工作面的应用及综合效益做了详实数据分析;探讨了无人化、数字化综采工作面发展技术的方向,为其他煤矿综采工作面数字式智慧化升级提供借鉴。
关键字：数字式智慧综采工作面、集控系统、研究
一、引言
近几年随着综采工作面信息化、数字化、智能化改造的全面开展，部分控制技术与设备初步具备人工智能，但是由于综采设备控制动作多，且对动作准确性、顺序性、响应速度等要求严格，而现有综采装备多为单机分散控制，不能实现快速、准确的配合，无法充分发挥智能设备的性能。目前煤矿综采工作面各控制子系统间相互孤立，系统间的相互连锁和联动只是数据传输的系统显示，信息的传输路径长，实时性差，系统故障率较高；而且现场控制设备的厂商采用技术不同，协议通信接口不同、通信协议不能互相兼容，在工作面集控智能化实施过程中，工作量大且出现故障时难以查找。
二、数字式综采工作面技术升级改造
2.1数字集控系统技术升级
对综采工作面采煤机内的全部电控系统进行了技术升级，采煤机电控箱采用德国PLC进行集中控制，控制箱内的集控主机集成了CAN、IC、Modbus三个现场总线，集中控制器与工作面各个控制模块采用低速CAN总线连接，与刮板输送机、转载机和破碎机冷却分站进行通信，刮板输送机、转载机、破碎机的传感器就近接入分站，分站通过数据转换和通信将数据传输给集控主机。与控制台操作部分采用高速CAN总线，与显示模块之间采用ILC总线进行集中显示，最终所有系统通过以太网接口接入防爆电脑显示终端，实现组态画面的集中显示及操控。
2.2三机数字式技术升级
通过对采煤机电控系统进行全新的编程及改造，采煤机实现自动割煤功能。记忆采煤机司机的操作，并按其记忆的数据进行智能化割煤。在智能化割煤过程中，采煤机司机可以通过无线遥控器对其进行修正，采煤机电控系统将自动记录修正数据。变频刮板输送机具有自动调速控制功能，控制系统可以根据采煤机的截割滚筒电流和牵引速度大小，动态控制刮板输送机的运行速度，实现刮板输送机的自动调速，节省能源，降低刮板输送机的机械磨损：实现动态监测刮板输机、转载机和破碎机的电动机和齿轮箱的冷却水温度、冷却水压力，传感器由集控系统自带，用于实现对冷却系统的报警保护和停机保护。实现三机联动功能，在自动模式时，采煤机与刮板输送机联锁，当刮板输送机启动后，采煤机才能启动牵引，当刮板输送机停车时，采煤机停止牵引。当刮板输送机电流大于设定值时，采煤机自动降速，当刮板输送机电流大于过载值时，直接停止采煤机牵引。
液压支架与采煤机的关系最为紧密，采煤机在进行割煤过程中，要确保不与支架的护帮板、侧护板产生碰撞。为了避免事故发生，在采煤机上安装红外射线发射仪，支架上安装红外接收器，通过对采煤机相对位置的判定控制液压支架的动作，并使之与采煤机互动。
2.3通信、供电、视频系统技术改造
综采工作面数字式技术升级项目，首先需要对综采工作面的通信系统做相应的技术升级改造。在综采工作面安装Wii无线通信综合分站，采用无线综合分站内部组网的方式对工作面及巷道控制信号的全覆盖，采煤机将数据通过电缆传输给无线传输分站，采煤机上的无线传输分站将数据通过无线发射给支架上的无线传输分站，支架上的无线传输分站将接收到的无线信号转换成CAN总线信号，发送给可编程控制器和计算机，实现采煤机数据的监视。
三、数字式综采工作面技术改造应用效果及效益分析
3.1应用效果
数字式综采工作面技术升级改造涵盖变频三机控制、液压泵站控制、采煤机电控、无线数据传输和无线遥控、供电系统监控、工作面通信控制、供电系统监控等。
综采工作面和设备列车沿线安装无线综合接入器，无线综合接入器通过以太网接入集控系统。无线综合接入器实现了集控系统数据的全工作面和设备列车的Wii覆盖，无线移动终端设备可以在任意位置接入集控系统查看集控设备的信息。同时提供了无线遥控信号的全工作面和设备列车的覆盖，操作工人可以使用遥控器在工作面和设备列车的任意位置控制设备。同时提供无线数据传输工作面全覆盖，采煤机通过无线方式将内部的数据全部传输给集控系统。采煤机电控具有自动化割煤功能，可以记忆人员的操控信息，自动化进行割煤，包括自动化割三角煤。工作面所有的移变、组合开关、磁力启动器等设备通过RS485通信电缆接入集控系统，集控系统可以对各供电设备进行集中显示和远程与遥控控制。工作面集控系统在马带尔处和刮板输送机机头敷设摄像机，摄像机通过无线综合接入器接入集控系统，可以在马带尔和集控室处查看马蒂尔和刮板输送机机头的视频信息，从而实现三岗合一。
3.2综合经济效益分析
1）保障人员安全。数字式综采工作面的应用，将部分一线作业人员从恶劣工作环境中撤离出来，降低了工作面作业人员的伤亡率，保障了员工的生命安全。
2）节省人力，降低劳动强度。人工操作时，作业人员至少需要7人，通过技术升级改造，作业人员减少至3人，每年可降低人力成本230万元，而且作业人员仅是监护设备运行，不需要做过多操作。
3）简化了操作工序，提高了系统智能化程度。工作面设备的运行操作全部由系统自动完成，无需人员干涉，让复杂的采煤工序变得简单易行。
4）提高了生产效率。减少了人为主观因素导致的反复开停机，使得整个采煤过程连续进行，实现了综采工作面的安全高效，预计每年可增加生产时间800min，增加产量2.36万t。
5）减少设备损坏。综采工作面实现数字化后，设备控制器、遥控器和电磁阀等设备的使用频率随之降低，延长了其使用年限，节省了企业在设备上消耗的部分维修费用，预计每年可节约20万元。
结束语：
煤矿井下工作条件恶劣，安全隐患和危害职业健康因素多，煤矿生产数字化、智能化是煤矿减人增效、安全生产的根本途径，综采工作面是煤矿生产最前沿，也是最复杂的工作环节，而综采工作面数字化、智能化是实现煤矿生产自动化的核心，其设备数量多，设备之间相互制约、相互协调，任何单一设备都无法脱离其他设备而单独完成任务，同时这些设备的任何一个动作还受地质条件的限制。目前，综采工作面设备向着自动化、数字化、智能化的方向发展，提高综采工作面智能化可以有效地降低工人的劳动强度，减少综采工作面作业人数，实现各系统间的智能联动控制，达到减员增效、降低设备电能消耗的目的。
参考文献
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