薄煤层综采工作面自动化技术方案6.docx
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薄煤层综采工作面自动化技术方案6
薄煤层工作面自动化
技术方案
河北天择重型机械有限公司
2012年6月
第一部分综采自动化工作面设备配套选型
一、概况
采用先进数字化智能控制技术开采薄煤层,通过综采工作面智能化控制平台,对综采工作面关键生产设备三机联动控制,实现采煤机自主定位、煤岩识别、记忆截割/滚筒自动调高;液压支架自动控制、闭锁、急停、自动编址、故障诊断、自动补液和数据信息传输;计算机远程通信、集中控制和设备动态运行参数自动协调控制;采煤工作面设备、煤壁视频监视等功能。
自动完成生产流程;实现生产过程自动化、采煤工艺智能化、数据传输信息化以及现场操作无人或者少人操作生产,尽量减少人工干预,从而确保高产、高效和安全生产。
自动化薄煤综采工作面的主要功能如下:
1、在顺槽控制中心,实现工作面的远程控制
2、采煤机自主定位、煤岩识别、自动记忆切割、智能化控制
3、液压支架自动定位,推移
4、三机自动联动,故障诊断闭锁
5、视频监视自动跟踪
6、工作面数据库系统
二、综采自动化工作面应用情况
2010年10月在邯郸市大力矿业有限公司5301工作面进行应用,该面全长52m,煤层平均厚度0.6m,采高确定为1.0m。
该综采无人工作面平均日进达到6m,日产原煤412吨,最高日进10m,日产原煤687吨。
最高月产可达20610吨,具备年产22万吨的生产能力。
2011年12月在峰峰集团有限公司薛村矿94702薄煤野青工作面进行应用,工作面倾斜长度140M,走向长度890m,煤层厚度1.2-1.4m;经过一个月的工作面实践作业,生产进度一个小班割煤12刀,一个圆班割煤27刀,月进358米,产量达到11728.2万吨,刷新集团公司薄煤综采新记录,通过新技术工艺革新,月多出煤86000余吨,创效5100余万元,工作面用工减少68人,一年人工费用减少4760万余元。
薛村矿薄煤层远程自动化技术的应用,为今后薄煤自动化开采积累了宝贵的经验。
三、薄煤综采自动化工作面主要采煤设备的选型
(一)、综采液压支架选型
暂定液压支架工作阻力为3300KN,支架的开采高度为900-1200mm,型号为ZY3300/07/13。
1、液压支架特征
序号
项目
数值或说明
单位
备注
1
型号
ZY3300/07/13
架
掩护式
2
高度
0.7-1.3
m
3
宽度
1.45
m
4
中心距
1.5
m
5
初撑力
2618
KN
6
工作阻力
3300
KN
7
支护强度
0.42~0.48Mpa
MPa
f=0.2
8
对底比压
1.74~1.76Mpa
MPa
f=0.2
9
移溜行程
700
mm
10
操作方式
电液控制
11
泵站压力
31.5
MPa
2、液压支架的结构设计形式
(1)支架四连杆机构为双前连杆、双后连杆结构。
(2)顶梁采用整体顶梁无活动侧护板,有利于对顶板的支护和管理。
(3)底座为刚性底座,底座中部底板前部封底后部开档,利于排矸。
(4)推移机构采用短推杆、正装千斤顶机构,采用差动原理。
推杆结构为等截面箱型结构,便于拆装更换、维修。
推移千斤顶采用电液控制,拉架力为207KN,推溜力为178KN。
(5)液压系统采用电液控制,高压胶管及接头等附件均选用专供煤矿井下使用的优选系列型号,液压系统接头全部采用KJ系列。
主进液φ25,主回φ32。
(6)支架底座采用机械防滑方式。
(7)支架上设置照明、通讯、视频采集功能。
(二)、采煤机的选型
考虑采煤机的采高应与煤层厚度的变化范围相适应,为保证采煤机的正常工作。
结合煤层平均厚度为0.9-1.2m.选择国内无链牵引最矮的机型,也是目前国内薄煤层多电机横向布置采煤机的最矮、最小机型。
其最大特点是装机功率最大,机身短、薄,对于薄煤层适应性大。
因此初选采煤机型号为:
MG2×100/452-BWD电牵引采煤机(采高范围为0.75-1.6m)。
1、主要技术特征
采高范围(mm)
750~1600
适合倾角
≤30°
煤质硬度
f≤4
机面高度(mm)
730(配槽帮高215mm)
装机功率(KW)
2×2×100+2×22+7.5
摇臂摆动中心距(mm)
5010
截割功率(kW)
2×(2×100)(1140V)
牵引功率(kW)
2×22(380V)
泵站功率(kW)
7.5(1140V)
牵引方式
摆线轮销轨无链牵引、交流变频调速
牵引力(kN)
347
牵引速度(m/min)
0~7.6~12.6
摇臂形式
整体弯摇臂
滚筒直径(mm)
850
950
1000
卧底量(mm)
49
99
124
滚筒截深(mm)
630
滚筒转速(r/min)
62.45
喷雾方式
内外喷雾
配套刮板输送机型号
SGZ630/220
2、采煤机的主要功能
(1)采煤机操作方式:
中部按钮手控、两端端头站线控、无线遥控、远程通信控制。
(2)端头站及遥控器可实现采煤机停止、滚筒升降、牵引换向和调速控制功能。
(3)采煤机工作面瓦斯断电保护。
(4)采煤机截割电机温度监测及保护,功率监测及恒功率控制,过载保护。
(5)采煤机牵引电机温度监测及保护。
(6)机外载变频器,工作方式一拖二。
(7)采煤机记忆截割功能,实现采煤机的记忆截割功能和自动调高功能。
(8)采煤机自主定位,实现采煤机沿工作面长度方向的定位。
(10)采煤机具备数据上传和通信功能,采煤机具有CAN总线网路上传技术,实现采煤机的远程通信和控制。
(三)、工作面刮板输送机选型
考虑保证采煤机采落的煤被全部运出,并留有一定的备用能力。
工作面刮板输送机的运输能力应满足需要,适用于煤矿井下薄煤层综采工作面。
具有高强度、高寿命、高可靠性的特点。
初选刮板机型号为SGZ630/220
刮板输送机主要技术参数表
参数项目
SGZ630/220刮板输送机
设计长度(m)
150
输送量(t/h)
400
双速电动机
型号
KBYD550-110/55-4/8
功率(kW)
2×110(1140V)
转速(r/min)
1480/735
链速(m/s)
1
减速器
型号
JS110
传动比
1:
29.526
刮板链
刮板链型式
中双链
圆环链规格(mm)
φ22×86-C
链条间距(mm)
90
刮板间距(mm)
1032
中部槽
中部槽型式
铸焊封底式
规格(mm)
1500(长)×588(内宽)×215(高)
连接方式
哑铃销连接
连接强度(KN)
2000
牵引方式
齿轮—销轨式无链牵引(销轨节距:
125mm)
紧链方式
闸盘及阻链器紧链
卸载方式
机头端卸式
整机弯曲性能
水平弯曲±1°,垂直弯曲±3°
(四)、其他设备
根据以上三机配套设备,选择相应的转载机、破碎机、皮带机、乳化液泵站等设备全部要与之配套。
四、三机配套参数的确定
通过对以上设备的选型设计,对配套参数进行了认真协调和研究,是其达到了优化组合,具体配套参数如下:
支架高度:
0.7m~1.3m
支架宽度:
1.45m
支架中心距:
1.5m
推移步距:
600㎜
输送机中部槽高度:
215㎜
过煤高度:
222㎜
铲间距:
258㎜
滚筒直径:
950㎜
卧底量:
99㎜
机面高度:
730㎜
在进行极薄煤层三机配套的过程中,我们首先考虑的是三机配套后的最小采高的要求,即在1.0m的采高情况下能够实现采煤机的安全运行,并且要有足够的过机空间高度,降低刮板机中部槽的高度,降低机头尾的卸载高度,保证足够高的过煤高度等,为此在一下几个方面进行了优化配置,以降低机面高度,实现1.0m采高的生产和安全。
(1)选用大功率薄机身的电牵引采煤机,使机身厚度降低;
(2)采用铸焊结构封底中部槽的刮板输送机,对中部槽和机头尾进行了特使设计,在保证强度的情况下,尽最大的努力降低中部槽的高度,实现了630铸焊结构中部槽高度达到了215㎜,卸载高度410㎜左右;
(3)过煤高度实现了222㎜,基本满足了生产过程中煤和矸石块度的要求;
总之,通过不断的优化三机配套参数实现了机面高度730㎜,为了保证采煤机的过机空间(一般取100~200㎜)支架顶梁厚度占用的空间150㎜左右,使三机配套高度实现了最低采煤厚度在1.0m情况下实现正常生产。
支架、采煤机、刮板机三机配套图附后。
第二部分液压支架电液控制系统
一、支架电控系统
1、支架电控系统选型
采用一体化结构的电液控制系统,将支架控制器和电液控换向阀横向组装在一起,结构紧凑、体积小,便于现场维护,整机高度只有114mm,适应薄煤层工作面采煤的需要。
电液控换向阀提供8个电控功能,具有9个工作出口,既可实现电控,也可实现手动控制。
2、支架电液控制系统构成
(1)工作面系统
工作面系统包括多个支架控制单元系统及将所有支架上的单元系统通过必要的共用或附加设备联接起来的控制网络。
支架控制单元包括:
支架控制器,支架人机操作界面,推移千斤顶行程传感器,立柱矿用压力传感器,红外线接收器;设备联接、固定安装附件包括:
架间连接器,矿用隔爆兼本质安全型稳压电源,隔离耦合器和网络变换器等组成。
(2)顺槽监控主机系统
顺槽监控主机系统包括:
防爆监控主机,主机数据转换器,本安接线盒,矿用隔爆兼本质安全型稳压电源,各连接器及顺槽监控主机到工作面的数据通讯电缆等。
(3)采煤机位置监测系统
在采煤机上安装红外线发送器,发射数字信号,支架上控制单元红外线接收器接收红外线数字信号,监测煤机的位置和方向信息,实现支架跟机自动化。
3、电控系统功能
(1)具有邻架手动、自动操作功能,本架电磁阀手动按钮动作功能。
(2)具有支架组程序自动控制功能。
(3)具有支架根据采煤机位置和方向的自动动作功能。
(4)电液控制系统设有声音报警、急停、本架闭锁及故障自诊断显示功能。
(5)具有立柱的自动补压功能。
(6)具有现场在线程序装载功能,方便现场更新程序和修改参数。
(7)能够实现任意截深自动推溜。
(8)电液控制系统对立柱的工作压力、推移千斤顶的行程、煤机的位置、方向进行监测,能将数据传输至井下电液控制系统主机显示并存储。
二、顺槽过滤系统
1、顺槽过滤系统构成
包括高压过滤站、回液过滤站、进水过滤站的过滤系统体系,从进水、供液及回液各个环节保证液压系统的清洁度,提高电液控制系统使用的可靠性和稳定性。
2、顺槽过滤系统部件介绍
(1)高压过滤站
过滤精度25μm,流量1000L/min;具有自动反冲洗功能,能够实现手动及定时自动反冲洗、根据进出口压差自动反冲洗及顺序反冲洗滤芯功能。
(2)回液过滤站
过滤精度60μm,流量1000L/min,采用一备一设计,更换滤芯不影响工作面使用;回液过滤站配备大流量溢流阀,防止滤芯堵死工作面背压上升,保证工作面生产安全。
(3)进水过滤站
过滤精度60μm,流量2000L/min,采用一备一设计,更换滤芯不影响工作面使用。
五、电液控制系统配置清单
序号
名称
代号
数量
单位
备注
1、支架电液控制系统电控部分
1
液压支架电液控制装置控制器
TMDPPI(ZDYZ-Z/8/B1.0)J[ZDYZ-Z]
98
件
带4根驱动线
2
带标牌的支架控制器防护板
TMJKFB(ZDYZ-Z/FF08)
98
件
3
支架人机操作界面
TMDPPI(SAC-H)A[SAC-H]
98
件
4
人机操作界面防护板
TMJRJH(SAC-H)C
98
件
5
行程传感器
TMDXC(GUC(700)-X/R)[GUC(1200)-X]
98
件
6
感应磁环
TMDCH(GUC(1200)-C)
98
件
7
行程传感器接插座
TMDDLJ(conm4sm/u)
98
件
8
连接和固定行程传感器组件
98
件
9
矿用压力传感器
TMDYLC(GPD60)[GPD60]
98
件
接口DN10
10
矿用隔爆兼本质安全型稳压电源
TMDFBD(KDW127/12/2.0)[KDW127/12/2.0]
13
件
11
隔离耦合器
TMDPPG(SAC-I)[SAC-I]
25
件
12
4c型护套连接器
conmN/4c200
98
根
控制器—人机操作界面连接器
13
4c型护套连接器
conmN/4c300
98
根
控制器—行程传感器连接器
14
4c型护套连接器
conmN/4c350
98
根
控制器—压力传感器连接器
15
4c型护套连接器
conmN/4c400
72
根
架间连接器
16
4x型铜头连接器(单头)
conm/4x100s
26
根
电源箱—耦合器连接器
17
4c型护套连接器
conmN/4c200
25
根
耦合器—本架连接器
18
4c型护套连接器
conmN/4c500
25
根
耦合器—邻架连接器
19
圆形插座堵头
conm/4bl
200
件
20
U形卡(72mm)
TMKUJ(10/4/72)
400
件
21
U形卡(42mm)
KJ10-DK42
600
件
22
U形卡(47mm)
KJ10-DK47
200
件
23
U形卡DN10
UD-10
200
件
24
矿用本安型信号转换器
TMDSRSC(KZC12/B1.0)[KZC12]
1
件
网络变换器
25
支架人机操作界面
TMDPPI(SAC-H)A[SAC-H]
1
件
26
人机操作界面防护板
TMJRJH(SAC-H)C
1
件
27
4c型护套连接器
conmN/4c300
1
根
首架控制器—网络变换器连接器
28
4c型护套连接器
conmN/4c300
1
根
人机操作界面—网络变换器连接器
29
控制系统固定螺栓、螺母
98
套
30
电液控换向阀
TMFHYDJ(9)Z[FHD200/31.5Z]
98
组
8功能9出口;P=DN20,R=DN20,工作口:
5*DN12+4*DN10
2、顺槽控制系统部分
1
监控主机
TMDZXZ(SAC-P(1.05/12))[SAC-P(1.05/12)]
1
台
2
监控主机键盘
TMDSR(SAC-P/K(0.06/5))[SAC-P/K(0.06/5)]
1
件
3
主控计算机安装架
TMJZJA(SAC-P)A
1
件
4
电缆接续器
TMDDLJ(conm/4ver/at)
1
件
5
4c型护套连接器
conmN/4c1500
1
根
网络变换器-电缆接续器连接器
6
矿用隔爆兼本质安全型稳压电源
TMDFBD(KDW127/12/2.0)[KDW127/12/2.0]
1
件
7
矿用本安型接线盒(三通)
KLH12
2
件
8
4x型铜头连接器(单头)
conm/4x250s
2
根
电源箱—主控计算机连接器
9
4d型铜头连接器(单头)
conm/4d250s
2
根
10
矿用电缆
MHVVP2*2*0.75
400
米
工作面—顺槽主控站通讯电缆
11
电液控制系统井下主机软件
Q-TMCC/X
1
套
3、红外线采煤机位置监测系统部分
1
红外线发送器
TMDHWT(GUH5-F)[GUH5-F]
1
套
2
4a型铜头连接器(单头)
conm/4a700s
1
根
红外线发送器
3
红外线发射器安装架
TMJHA(GUH5-F)A
1
件
4
红外线接收器
TMDHWT(GUH5-S/D)[GUH5-S]
98
件
5
4c型护套连接器
conmN/4c250
98
根
红外线接收器
4、支架液压系统辅助阀及喷雾系统用阀部分
1
液控单向阀
TMFDY(200/50)D[FDY200/50]
196
件
立柱用
2
安全阀
TMFA(400/50/Z)A[FAD400/50/Z]
196
件
立柱用
3
球形截止阀
QJB12.5[FJQ160/20]
196
件
立柱用
4
抗冲击压力表
TMYLB
98
件
立柱用
5
液控单向阀
TMFDYT(200/50)[FDY200/50T]
98
件
推移用
6
安全阀
TMFA(100/50/Z)[FAZ100/50/Z]
98
件
推移用
7
交替阀
BFJD12.5[FDJ200/31.5]
98
件
推移用
8
双向锁
TMFDSP(80/45)G[FDS80/50]
98
件
平衡用
9
安全阀
TMFA(100/50/Z)[FAZ100/50/Z]
196
件
平衡用
10
液控单向阀
TMFDY(125/50)A[FDY125/50]
98
件
伸缩梁用
11
球形截止阀
QJB19[FJQ200/20]
98
件
主进液用
12
回液断路阀
TMFDD(DN20)[FDH320/16]
98
件
主回液用
5、过滤系统部分
1
自动反冲洗反冲液回收高压过滤站
TMGLZE(1000/31.5/25/D/F)
1
台
1000L
2
回液过滤站
TMGLZ(1000/2.5/60)
1
台
1000L
3
进水过滤站
TMGLZJ(2000/2.5/60)
1
台
2000L
4
筒式大过滤器
TMGLZ(1000/31.5/25).01
2
件
500L
第三部分综采自动化系统
一、简介
综采自动化以工作面监控中心为核心,集自动化控制、工业以太网、无线、视频、通讯于一体,对综采设备进行自动化控制,确保各设备协调、连续、高效、安全运行。
二、实现功能
(1)液压支架跟机自动化及远程遥控;
(2)采煤机自动调高及远程遥控;
(3)实现工作面数据集成、控制、视频等集成为一体;
(4)实现工作面工业以太网覆盖;
(5)全工作面视频全景动态监控;
(6)实现在地面视频监控。
三、系统结构及组成
综采自动化主要由监控中心、智能分站、工业以太网、全工作面视频、无线传输、数据通信等组成。
1、工作面工业以太网
工作面以太网主要由智能分站、网络转换器、高性能路由交换机、双路电源箱、4芯铠装连接器、光缆等组成。
其中,智能分站每4个支架设置一台,每台智能分站配一个双路电源。
设置两对网络转换器,每个网络转换器配一台单路电源;分别在顺槽控制台到工作面端头、顺槽控制台到工作面端尾设置2台网络转换器,之间通过光缆连接,以形成百兆工业以太环网。
在顺槽控制台设置一台高性能路由交换机,实现三网路由。
工作面光缆走架间,采用熔接方式。
智能分站间采用4芯铠装连接器连接。
工业以太网系统中网络的带宽达100Mb/s,无线网络带宽达54Mb/s。
工业以太网系统网络管理方面具备虚拟局域网(VLAN)、流量优先级等网络带宽管理功能,保证最重要的数据流能动态地获得最优先的带宽支持。
2、液压支架视频系统
液压支架视频系统包括网络摄像头、视频监视器和视频操作台。
每4个支架安装1台网络摄像头,安装在支架的顶梁上,照射方向与工作面平行。
网络摄像头的视频数据通过工业以太网网络传输到视频监视器显示;工作面顺槽设置1台视频监视器,进行视频显示,可以同时显示4路摄像头;并可跟随采煤机运动显示采煤机附近4个点的视频。
3、采煤机视频系统
采煤机视频监视系统主要由网络摄像头、视频监视器、视频操作台、安装电缆及附件等组成。
每4个支架安装1台网络摄像头,网络摄像头直接照向煤壁。
网络摄像头的视频数据通过工业以太网网络传输到监控中心采煤机视频监视器显示,监视器显示1路采煤机滚筒前的摄像头,用以识别煤岩。
4、监控中心
在顺槽监控中心分别设置液压支架远程控制台和采煤机远程控制台各1台。
监控中心工作人员可以依据液压支架视频系统远程控制支架各种动作。
监控中心工作人员可以通过采煤机视频系统远程控制采煤机,调整滚筒及牵引等动作。
5、采煤机自动控制及远程控制系统
采煤机自动截割、远程通讯和工作面集中控制技术是现代化矿井的标志。
它包括工作面设备,主要是采煤机的自动运行和位置的监控、控制中心对采煤机工作运行的操作控制,也就是实现无人工作面的最终目的。
采煤机自动控制系统以高性能控制器为核心,在变频调速电牵引采煤机控制系统基础上,采用先进的计算机控制技术、数字化传感器技术、信息数据库和信息融合模型技术,使采煤机实现智能化控制。
(1)采煤机自动化控制
采煤机自动化控制滚筒记忆截割系统,增设绝对地址编码器和倾角传感器,对采煤机沿工作面方向进行精确自主定位,监控机身姿态和摇臂采高工作姿态控制,通过学习方式建立位置、采高数据库,实现采煤机滚筒记忆截割自动调高作业;对薄煤型电牵引采煤机进行技术改造,增加位置检测、姿态检测装置、实现记忆截割自动调高控制功能,增加远程通信接口,实现远程集中监测与控制功能。
数字编码器:
安装在采煤机牵引减速器的输出轴上,编码器通过固定的地址与工作面的对应关系,从而确定出采煤机在工作面的相对位置。
倾角传感器:
根据其调高模型,由传感器监测左、右摇臂和机身姿态三个倾角,经过信号处理,传入PLC处理,再整合已知机身尺寸参数,就可以推导出精确的采高H数据。
(2)记忆截割自动调高
由司机操纵采煤机沿工作面煤层先割一刀,控制系统将采煤机位置、机身姿态、摇臂摆角进行检测等参数等存入计算机,建立采煤机位置、摇臂采高数据库采高数据库,以后的截割行程由计算机根据存储器记忆的参数自动调高。
如煤层条件发生变化,通过人工干预方式进行调高,同时自动记忆调整过的参数,作为下一刀调高的依据,实现采煤机滚筒记忆截割自动调高作业。
(3)远程通讯
系统以高性能LCP控制器为核心,基于CAN总线的网络分布式控制系统结构和远程通讯;CAN总线具有抗干扰性能强、通信速率高、通信距离远等特点,通信速率最高可达1Mbps,直接通信距离最远10km,非常适合用作工作面设备到集控中心的数据传输。
(4)采煤机远程监控
采煤机监控软件设计采用组态软件设计,以图形界面动态显示采煤机的运行状态,记录运行参数及故障信息;系统具有手动、定高和记忆截割三种运行模式,用户可以根据实际情况进行选择。
远程监控人机界面包括:
显示采煤机截割电流,牵引电流,滚筒采高,采煤机位置等常规参数状态;具有采煤机滚筒左升,左降,右升,右降,下行,上行,截割启动,截割停止等操作按钮;界面划分为:
截割曲线栏,运动状态指示栏,中间信息栏,主控按
- 配套讲稿:
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- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 煤层 工作面 自动化 技术 方案