摘要：概述了綜采工作面集中控制系統的設計原則和要求，包括：實時性、穩定性、可視化、安全性及通用性和擴展性;從四方面分析了實現綜采工作面集中控制的關鍵技術，對系統結構進行了設計，并從遠程監測和遠程控制的角度闡述了系統所能實現的主要功能。
關鍵詞：綜采工作面;集中控制;關鍵技術;系統結構
引言
目前，我國煤礦井下工作面常用綜合機械化采煤法，綜合機械化采煤具有諸多優點，可實現工作面的高產高效開采，提高工作面的機械化程度[1]。綜采面的另一個顯著特點是機械設備種類和數量繁多，為監測作業設備的工作狀態。工程師們對單個設備安裝了實時監測系統，以降低其發生故障的概率，并可實現單個設備的自動化控制[2-3]。但總的來說綜采面設備的智能化程度仍不高，依然需要人工操作，且多臺設備之間缺乏協同性控制，存在著安全風險，故對綜采工作面集中控制系統進行設計和研究具有極高的工程價值[4-5]。
1.系統設計原則和要求
傳統的綜采工作面設備數量眾多、作業環境復雜、各設備的操作和控制較為分散，需要熟練的操作人員相互配合才能進行連續作業。為消除因人的經驗性和環境的復雜性而產生的設備控制安全風險，本文設計和研究了綜采工作面集中控制系統，該系統的設計需滿足以下基本原則：(1)實時性隨著采煤工作面的推進，作業設備的各項參數也會隨之改變，處于動態變化之中，因此，綜采工作面集中控制系統需實時的對設備進行參數采集和控制，使作業設備協同運行，將安全隱患降到最低。(2)穩定性綜采工作面環境較為惡劣，作業設備和控制系統元件(傳感器、傳輸線路)受多種外界因素的干擾，如地下水、有毒有害氣體、電磁干擾等，綜采工作面集中控制系統必須具有穩定性，達到抵抗干擾，持續運行的效果。(3)可視化綜采工作面集中控制系統采集到的數據通過傳輸線路傳送至地面控制中心，作業人員通過可視化系統進行遠程操作和控制。(4)安全性系統的電氣元件需符合相關標準，同時，系統應設置不同的操作權限，限制不同部門的使用范圍，避免出現因人員誤操作而帶來的事故。(5)通用性和擴展性為達到推廣綜采工作面集中控制系統的目的，系統需具有通用性和擴展性，以便在系統中增設或更換相關設備，適用于不同的工程場地，增加系統的使用價值。
2.系統關鍵技術分析
(1)綜采設備一鍵啟停技術綜采設備的一鍵啟停技術，消除了因人員交流不暢造成的設備啟動或停車順序錯誤，一鍵啟停技術包括以下幾點：①逆煤流順序啟動綜采工作面的各工序之間需相互配合才能達到高效率開采的目的，采煤機割落的煤需通過刮板輸送機運出工作面，為避免堆煤的發生，綜采面設備啟動必須符合“逆煤流順序啟動”原則。即按照膠帶機、破碎機、轉載機、刮板輸送機和采煤機的順序進行啟動，為保證作業人員得安全，每臺設備啟動前進行15s的語音報警。②順煤流停機當綜采工作面停止作業時，為避免設備運輸負荷過大，造成設備壓死，同時，方便下次啟動，需遵循“順煤流停機”的原則進行操作。即按照采煤機、刮板機、轉載機、破碎機、膠帶機的順序停機(圖1)。系統可自動根據運輸設備的負荷量來判斷運輸設備是否還擔負運輸任務，若運輸設備負荷量為0則對該運輸設備進行停機操作，依次類推，實現順序停機。(2)采煤機工藝段內姿態自動調整根據采煤機在采煤過程中截割路線可將工作面劃分為不同的工藝段，如正常割煤段、掃底刀段、斜切進刀段和割三角煤段(圖2)。采煤機由上一工藝段進入下一工藝段時，需進行姿態調整，綜采面集中控制系統實現采煤機姿態自動調整的原理為：對液壓支架進行編號，在采煤機和液壓支架上分別安裝紅外發射裝置和紅外接收裝置，當采煤機運行時可通過液壓支架編號來識別采煤機的位置。當系統識別到采煤機需進入下一工藝段時，便可發出控制命令，進行采煤機姿態的自動調整。(3)液壓支架和采煤機的協同控制在綜采工作面的作業設備中液壓支架起著護頂、推溜等重要作用，同時，液壓支架與采煤機需相互配合，以充分保證綜采設備和作業人員的安全。綜采工作面集中控制系統可利用采煤機與液壓支架上的紅外設備判斷采煤機所處位置和所處的工藝段，對需進行調整的液壓支架下發指令，液壓支架自動完成調整動作，實現液壓支架和采煤機的協同控制。液壓支架和采煤機的協同控制示意圖如圖3所示。(4)運輸設備載荷量控制綜采工作面的運輸設備運輸能力需與采煤設備相匹配，由于運輸設備結構復雜、運行時間長常出現各類故障，如電機發熱、振動，皮帶撕裂、斷裂等。若運輸設備載荷量過大則更容易引起這些故障的發生，因此，綜采面集中控制系統通過在運輸設備上安裝重量傳感器的方法來對運輸設備的負荷量進行監測，判斷其是否處于超載狀態，若發生超載則自動停止運輸并發出報警。
3.系統總體設計
(1)系統結構綜采工作面集中控制系統是基于計算機、通信、信號處理等多種技術開發和設計的，該系統將實時采集到的綜采工作面作業設備運行參數上傳到計算機中心，進行數據的挖掘和處理，之后，下達控制命令，實現對綜采設備的集中控制。按照功能和結構的不同，可將該系統劃分為三個層次，即綜采設備層、機載控制層、計算機控制層，綜采設備層主要是指采煤機、運輸機等各類綜采設備;機載控制層是對綜采面作業設備進行電控及參數采集的系統;計算機控制層則對采集到的數據進行處理分析，下達控制命令，使綜采工作面設備協同高效作業。
(2)系統功能綜采工作面集中控制系統可實現以下功能：①遠程監測遠程監測是綜采工作面集中控制系統的重要功能之一，遠程監測是通過安裝在綜采面設備上的信號傳感器、攝像頭等來對設備進行實時監測，監測到的信號可直接在地面控制系統中顯示。②遠程控制遠程控制是綜采工作面集中控制系統的核心功能，遠程控制可實現人員不進入作業面，多機協同控制，達到高產高效的目的，同時，減少了綜采工作面的事故隱患和發生事故的概率。根據實際需要，遠程控制可在全自動、半自動模和手動式之間進行切換，若遇到設備檢修等情況，需切換到手動模式，進行就地控制。
4.結論
(1)概述了綜采工作面集中控制系統的設計原則和要求，包括：實時性、穩定性、可視化、安全性及通用性和擴展性。(2)從綜采設備一鍵啟停技術、采煤機工藝段內姿態自動調整、液壓支架和采煤機的協同控制和運輸設備載荷量控制等方面，分析了實現綜采工作面集中控制的關鍵技術，對系統結構進行了設計，并闡述了系統所能實現的主要功能。
【參考文獻】
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