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无人化综采工作面综采机组技术要求

2023
06/19
02:38
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无人化(或少人化)综采是指煤矿井下采煤工作面的生产装备在不需要人工直接干预情况下,通过采掘环境的智能感知,按照规定的程序进行自动化采掘作业。要实现操作人员离开井下综采工作面,实现综采设备的无人值守控制,必须解决采煤机智能化截割、综采机组协同控制、信息传输网络构建、故障等技术。

一、无人化综采机组

实现综采机组无人值守、远程监控是无人综采工作面的关键。它包括采煤机、液压支架、液压泵站、刮板输送机(破碎机、转载机、带式输送机、移动变电站等设备状态监测与运行的集中自动化控制,并通过与视频监控技术融合,实现综采机组的远程遥控遥测。

二、采煤机自动化

采煤机是无人综采工作面的核心,由于地下煤层条件和环境复杂多变,因此采煤机的截割轨迹须根据顶板岩层的变化而调高,牵引速度也应根据负荷变化而调速。人工操作时,这些调控都是依靠矿工的视觉、听觉、触觉和经验加以实现。但若要实现无人值守的采煤机自动运行,就必须具备以下功能:

1.煤岩界面自主识别

煤层的自然成藏边界很不规则,采煤机作业过程中如不能自动识别煤岩界面的变化,就难以实现无人化采煤作业。迄今已提出十多种煤岩界面识别的方法,比较有效的方法主要基于三种原理:一是煤层厚度探测原理,如Y射线探测、雷达探测;二是煤岩表面检测原理,如红外测温、激光探测、表面图像分析;三是切削力检测原理,如振动频谱、截齿测力、驱动电流。

2.采煤机自主定位

采煤机的行走轨迹直接影响液压支架的自动调直,也决定着工作面煤壁的截割直线度。目前,可用于井下采煤机的定位包括红外线定位、无线传感网定位、里程计定位、激光定位、超声波定位、惯性导航定位。其中,基于地理信息系统(GIS)的采煤机定位定姿新方法取得了较好的应用效果。

3.采煤机自动调高

为实现电牵引采煤机截割滚筒高度的控制,在调高油缸中配置了位移传感器,在摇臂上配置倾角传感器测量截割滚筒的当前位置。由于倾角传感量和位移传感量与截割滚筒高度之间存在非线性的映射关系,需要通过控制器实现高度调节的动态补偿。由于截割滚筒和摇臂自重的影响,需要根据截割滚筒不同的上调速度和下调速度进行控制。

4.采煤机远程监控

在采煤机上设置本安型无线交换机,在综采工作面布置若干台本安型无线交换机,利用无线传输网络把采煤机的参数信息和控制指令传输到端头无线交换机,实现采煤机机载控制、回采巷道控制器及地面远程控制器的通信。利用采煤机远程监控3DVR平台,可以实时监控采煤机的工作状态。由此,操作人员可以在回采巷道和地面对采煤机实施监测和控制。

三、液压支架自动化

液压支架的自动化监控主要由支架电液控主机控制。在自主模式下,支架电液控主机负责整个工作面支架的控制和监控工作,并完成接口通信和工况数据传输;在集控模式下,支架电液控主机还能接收来自回采巷道集中控制系统的控制命令。由此实现工作面支架的操控动作、顶板压力、推移刮板输送机位移和报警故障状态等信息的在线监控。在回采巷道集中控制系统中,通过3DVR软件可真实再现工作面的液压支架运行状态

四、运输系统自动化

综采工作面自动化运输系统由传感器、机载控制器、无线网络、回采巷道集控中心计算机和上位机控制系统组成。传感系统将采集到的设备运行参数保存在各个设备的机载控制器内存中,并通过无线网络系统传送到回采巷道集控中心,回采巷道集控中心网络系统向各个运输子系统机载控制器发送控制指令,实现对运输装备的远程控制功能。

五、乳化液泵站自动化

乳化液泵站远程监控系统由乳化液泵站传感系统、乳化液泵站机载控制器、基于TCP/IP协议的S7通信方法、回采巷道集控中心、泵站控制器系统组成。它们监测乳化液泵站的运行参数,并通过机载控制器与回采巷道集控中心进行数据交互,实现乳化液泵站运行状态的实时上传,同时接收回采巷道集控中心发送的控制指令,实现乳化液泵站的远程操作。

六、工作面供电无人化

通过综采工作面自动化平台,对移动变电站高压侧的电流、电压、功率、功率因数、过载动作值、短路动作值、温度和瓦斯浓度等参数进行实时监控,实现运行状态和变压器档位开关的状态监控,显示并记录移动变电站故障和报警信息。同时,对于低压真空馈电开关的工作电压、运行电流、开关电流整定值进行监控,实时显示组合开关线路过流、漏电、欠压、变压器超温和瓦斯浓度超限等故障状态信息。

七、综采“三机”协同控制

综采工作面“三机”联动是指工作面的采煤机下刮板输送机和液压支架相互交换信息,根据三者当前状态相互配合,紧密协同工作。综采工作面通过回采巷道集中控制系统实现电牵引采煤机、电液支架主控制器、工作面输送设备的集中控制,通过子系统之间的故障闭锁信号实现安全可靠的集控功能,并在此基础上实现以电牵引采煤机自动截割为驱动的“三机”集中协同控制。

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