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综采工作面的自动化技术是煤矿安全生产的保障

发布时间:2010/1/11

摘 要:高产高效矿井的综采工作面,应用大功率多电压输出的新型移动变电站、隔爆真空智能型高、低压开关、软启动电磁启动器、隔爆组合开关、电牵引采煤机、液压支架电液控制系统、计算机安全监控及通讯系统等新型的机电设备。这些新设备的应用,保障煤矿安全、高产高效、自动化生产。
关键词:综采;自动化;安全

   目前自动化生产矿井的煤炭开采,都采用综采与综放技术。自动化设备及技术得到广泛应用。高产高效矿井的综采工作面,应用大功率多电压输出的新型移动变电站、隔爆真空智能型高、低压开关、软启动电磁启动器、隔爆组合开关、电牵引采煤机、液压支架电液控制系统、计算机安全监控及通讯系统等新型的机电设备。这些新设备的应用,保障了煤矿安全、高产高效、自动化生产。

1 、综采工作面概况及主要机电设备

  综合机械化采煤简称综采,是指采煤工作面的破煤、转载、运输、支护等生产环节全部实现机械化生产。简单的工作过程是:采煤机在刮板输送机上,液压支架下,通过牵引运行中的采煤机旋转的滚筒破煤,采落的煤炭经刮板输送机、破碎机、转载机、皮带输送机等设备运送到地面装车。液压支架和刮板输送机互为支点随工作面的开采向前推进。综采工作面机电设备多,电动机容量大,工作面采用移动变电站供电方式。液压泵站通过液压管路提供液压支架的工作液力源。工作面主要机电设备有采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机、皮带运输机、液压支架、液压泵站、绞车、通风设备;向上述设备供电的移动变电站、高低压屏蔽电缆及高低压控制开关设备;还有工作面的通信及安全监控设备。

2 、大功率多电压输出的新型移动变电站

  工作面采用移动变电站供电方式,由采区变电所经高压双屏蔽电缆将6kV (或10kV)三相高压电源,送到工作面的移动变电站。移动变电站将6kV(或10kV)电压变换为1.2 kV (大容量工作面电压为3.3kV乃至更高)电压,供工作面机电设备用电。随着工作面机电设备容量的增大,机电设备使用电压等级不同,同一台变电站可输出不同电压等级的电压供电,而且变电站容量也相应提高,最大的变电站在神东矿区达3150kVA。通常移动变电站设在工作面平巷轨道上的平板车上,随工作面的开采而移动。这种供电方式把高电压深入到采煤工作面,以满足工作面大容量设备的供电需求。为确保工作面的安全供电,供电线路大都采用有专门的保护接地芯线及屏蔽线的电缆。移动变电站的高低压开关及工作面配电点的低压馈电开关,其内部主电路的断路器都采用真空(或六氟化硫)断路器。控制及保护器件使用电子综合保护器、单片机、可编程控制器( PLC)及微型计算机。控制方式能就地控制、远方控制、程序控制及遥控等多种控制;保护功能可实现短路、过载、断相、低电压、过压、漏电及漏电闭锁等保护。能将事故隐患及早发现处理,避免发生严重事故,确保安全可靠供电。而且开关整定调整方便,还设有自检及显示功能,有些保护及控制电路设计成本质安全型,构成隔爆兼本质安全型设备,极大地提高了设备的安全性能。低压馈电开关做成隔爆方形结构,使检修维护方便,确保工作面安全、可靠供电。

3、电牵引采煤机

  新技术对采煤机的结构、牵引机构、行走机构、摇臂的性能和可靠性提出很高的要求。应用于超级综采工作面的采煤机采用交流拖动装置;牵引装置为带有锻造齿条的牵引装置。采煤机已经实现自动化控制,操作简单,可实现记忆截煤和液压支架联动控制。
  采煤机的牵引系统也由液压牵引改进为电牵引,使得采煤机牵引部机械传动结构简单,传动效率提高,工作可靠。电牵引采煤机应用单片机、可编程控制器( PLC)及计算机控制技术,系统具有完善的控制、检测、诊断、显示功能。能实现对采煤机的人工控制、遥控及自动控制;对采煤机运行中的各种参数如电流、电压、速度、温度、压力及负载等情况实时检测处理;若某些参数超过允许值时发出相应的报警信号,并进行保护;还能对采煤机的关键部件进行自检和故障诊断,显示运行中各种参数的图形及数据,并可向地面控制中心或调度室传输。对采煤机牵引速度的调整采用变频调速技术,可实现采煤机的软启动、恒功率、恒牵引力运行,特殊情况下,还能实现发电反馈制动,向电网回馈电能,实现牵引特性的四象限运行。实现了采煤机的节能、高效工作。
  近几年无锡盛达机械有限公司于2002年研制成功国内首台应用开关磁阻电动机调速( SRD)技术的MG200/500 - WD型电牵引采煤机,采用1140V电压直接供电的开关磁阻电动机调速系统,成功安装在MG160 /380 - WD型电牵引采煤机上。目前更大功率、可用于大倾角煤层开采的MG300 /700 -WD型可四象限运行的开关磁阻电动机电牵引采煤机已通过鉴定,并投入生产。其主要技术参数如下:
系统电源电压 三相1140V /50Hz
牵引电动机额定功率 2×22kW
电机额定输出转矩 175N·m
电机额定转速 1200 r/min
电机最高转速 1600 r/min
升降时间升速25s,降速10s
  输出特征额定转速下恒转矩,额定转速以上恒功率2台电机输出转矩差≤10%起动转矩≥150% (额定转矩)SRD技术在采煤机上的应用虽然较晚,但具有发展潜力,它有交流变频调速电动机结构简单、无刷无载流子的优点,也有直流调速系统调速性能好,控制电路简单、节约能源、经济可靠等优势,而且启动转矩大、启动电流小等特点。这种调速方式,正在进行其噪声问题及位置传感器的可靠性问题的改进,随着问题的解决,在煤矿井下采掘机械中会得到广泛的应用。

4、液压支架的电液控制系统

  液压支架的迁移控制由单台手动液压操纵控制,改进为由微型计算机与电动液压阀组相结合,组成的电液控制系统。该系统是液压支架控制技术的发展方向,目前主要用于年产400万吨以上一次采全高的长臂工作面。由北京天地玛珂电液控制系统有限公司生产的PM31型电液控制系统已经被全国各矿业(煤业)集团煤矿用户选用,神华神东矿区广泛应用。电液控制系统使液压支架、刮板输送机的移动操作更加灵活、快捷。电液控制系统一般由主控制台、支架控制箱、电液控制阀组、压力及位移传感器、电源箱、电缆等组成。(如图1所示)

    图1 液压支架电液控制系统组成框图

  各个支架的控制箱与主控制台连成一个有机整体,以计算机及网络技术为基础,以液压支架电液控制系统为核心。每台液压支架配备一台支架控制箱,主要由单片机、触摸屏控制按键及液晶显示器组成。每台控制箱都能发出各种控制指令,使对应的电液控制阀组内的电磁先导阀或微电机动作,控制主控阀开启,向所连接的液压缸供液,支架作相应的动作。控制方式由机械手柄操纵变为电子触摸屏按键操纵,操纵控制方便、高效。
  根据采煤工艺的要求,将液压支架的动作按预定的程序运行。实现液压支架的单架控制、成组控制、全工作面自动控制等多种控制功能。使液压支架的操纵更方便,移动更快捷,这一新技术的应用,确保采煤工作面高产、高效自动化采煤。为实现采煤工作面的自动化、无人化采煤创造了必备的条件。

5、隔爆真空智能型电磁启动器及隔爆组合开关

  隔爆真空智能型电磁启动器,采用单片机进行控制及保护,并有液晶显示器,可方便进行保护参数设定、故障查询和模拟试验,具有远控、程序控制及遥控等功能。并有瓦斯监测接口,若外接瓦斯传感器,可检测工作面的瓦斯浓度,如瓦斯超限,智能启动器动作,切断低压电源。为解决大功率电动机的启动控制问题,可选用具有软启动功能的电磁起动器。如QJR - 315 /1140型软启动电磁起动器,该启动器由单片机组成的智能监测控制电路,控制三组反并联的单向晶闸管的导通角,调节大功率电动机的启动电流,实现电动机的软启动。对于超级综采工作面,由于设备容量大,电动机台数多,常采用隔爆组合开关(又称负荷控制中心)对工作面设备进行控制。组合开关是由多个真空接触器及驱动器组成的多功能开关,新型的组合开关以可编程控制器为控制中心,通过驱动器控制真空接触器,即可独立驱动对应的电动机,也可实现多台驱动器之间的顺序控制或连锁控制,使各对应驱动的电动机按约定的程序工作;并具有完善的保护、试验监测、状态显示及故障查询系统。全部电气设备主电路的控制开关都采用真空接触器、无触点继电器,有些控制及保护电路设计成本质安全型,使得采煤工作面设备工作更安全。

6、计算机安全监控系统

  矿井安全监控系统一般由地面主机(计算机) 、调制解调器、井下分站(单片机) 、传输接口、传感器、执行器(声光报警、断电) 、电源箱、电缆、接线盒等组成。(如矿井安全监控框图2所示)

                      图2 矿井安全监控框图

  传感器将瓦斯、煤尘、温度、湿度、CO、CO2、风速、风量、顶板压力等各种环境参数转换成与之成比例的电信号,此信号经分站处理、就地显示及地面调度室总机同步显示各参数。当某参数超限时,由执行器自动声光报警,严重时自动断电。还可配置工作面设备的开/停传感器、皮带跑偏传感器、超声波料位计、采煤机位置速度监测仪等各种传感器,将主要设备的工作情况进行井上井下跟踪监测,地面调度室实时监控,调度员随时发布调度命令。

7、采煤工作面自动化技术发展趋势

  随着煤炭自动化技术的发展,将采煤工作面的采煤机、液压支架、破碎机、装载机、刮板输送机液压泵站、带式输送机等设备的控制系统、工作面通信与监控系统及工作面供电系统集成,并接入矿井自动化系统的以太网,实现带式输送机及工作面设备的集中控制、保护、故障自检、闭锁、沿线通信等功能。达到安全、高产高效进行煤炭开采。以采煤机位置为依据的液压支架自动控制系统,实现液压支架跟随采煤机自动操作,向着工作面无人化生产是工作面自动化技术的发展趋势。使得综采工作面的安全生产有技术的保障,而且极大地提高了采煤工作面的产量和工效。确保矿井的安全生产。

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