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綜采工作面自動化技術(shù)在趙固一礦安全生產(chǎn)中的作用

文檔作者：郅富標(biāo) 毋虎城張軍文檔來源： I．河南理工大學(xué)高等職業(yè)學(xué)院 2．河南煤化集團(tuán)焦煤公司趙固一礦		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年10月31日
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第19卷第12期
2010年12月
中 國 礦 業(yè)
CH INA M INING M AGAZINE
Vol_19。No．12
Dec 2010
綜采工作面自動化技術(shù)在趙固一礦
安全生產(chǎn)中的作用
郅富標(biāo) ，毋虎城 ，張 軍
(I． 河南理工大學(xué)高等職業(yè)學(xué)院， 河南焦作454000；
2． 河南煤化集團(tuán)焦煤公司趙固一礦，河南焦作454000)
摘要：鑒于煤礦安全的重要性，在高產(chǎn)高效礦井的綜采工作面，應(yīng)用了大功率多電壓輸出的新型
移動變電站、隔爆真空智能型高、低壓開關(guān)、軟啟動電磁啟動器、隔爆組合開關(guān)、電牽引采煤機(jī)、液壓
支架電液控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)安全監(jiān)控及通訊系統(tǒng)等新型的機(jī)電設(shè)備。這些新設(shè)備的應(yīng)用，保障了煤礦安
全、高產(chǎn)高效、自動化生產(chǎn)。
關(guān)鍵詞：綜采工作面； 自動化；安全
中圖分類號：TD823．97 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1004—4051(2010)12—0071—03
The Aplication of automation fully m echanized coal face in the Zhaogu role of mine safety
ZHI Fu biao ，W U Hu—cheng ，ZHANG jun
(1． Altitude Vocational College of Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454000，China；
2． Henan Coal Chemical Group Jiaozuo Mine Coal Company zhaogu coal mine，Jiaozuo 454000，China)
Abstract：In view of the im portance of mine safety，mine in the high—yield and efficient mechanized rain—
ing face，apply high—power multi—voltage output of new mobile substations，explosion—proof intelligent high
vacuum，low pressure switch，soft starter electromagnetic starter，explosion—proof combination of switches，
Electric traction shearer，hydraulic supports electro—hydraulic control systems，computer security monito—
ring and comm unications systems and other new types of equipment．The application of these new devices tO
protect the coal mine safety，high efficient，automated production．
Key words：fully mechanized coal face；automation；safety
河南煤化集團(tuán)焦煤趙固一礦屬“十一五” 重
點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目， 于2009年5月10日竣工投產(chǎn)，該礦
設(shè)計(jì)規(guī)模240萬t／a， 是目前豫北地區(qū)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能
力最大的現(xiàn)代化礦井。礦井總資源儲量3．7億t，
可采儲量1．6億t，煤種為特低硫、高發(fā)熱量的優(yōu)
質(zhì)無煙煤。項(xiàng)目概算總投資16．85億元，服務(wù)年限
49年。
礦井設(shè)計(jì)時(shí)，采用最先進(jìn)自動化設(shè)備及技術(shù)。
該礦的綜采工作面，應(yīng)用了大功率多電壓輸出的
新型移動變電站、隔爆真空智能型高、低壓開關(guān)、
軟啟動電磁啟動器、隔爆組合開關(guān)、電牽引采煤
收稿日期：2010—06—21
作者簡介：郅富標(biāo)(1976一)，男，漢族，河南鞏義人，2001年7
月畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)電力系統(tǒng)及自動化專業(yè)， 碩士， 河南
理工大學(xué)高職學(xué)院講師。
機(jī)、液壓支架電液控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)安全監(jiān)控及
通訊系統(tǒng)等新型的機(jī)電設(shè)備。這些新設(shè)備的應(yīng)用，
保障了煤礦安全、高產(chǎn)高效、自動化生產(chǎn)。
1 綜采工作面概況及主要機(jī)電設(shè)備
綜合機(jī)械化采煤， 是指采煤工作面的破煤、
裝煤、運(yùn)輸、支護(hù)等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化
生產(chǎn)。簡單的工作過程是： 采煤機(jī)在刮板輸送機(jī)
上，液壓支架下， 通過牽引運(yùn)行中的采煤機(jī)旋轉(zhuǎn)
的滾筒破煤，采落的煤炭經(jīng)刮板輸送機(jī)、破碎機(jī)、
轉(zhuǎn)載機(jī)、皮帶輸送機(jī)等設(shè)備運(yùn)送到地面裝車。液
壓支架和刮板輸送機(jī)互為支點(diǎn)， 隨工作面的開采
向前推進(jìn)。綜采工作面機(jī)電設(shè)備多， 電動機(jī)容量
大，工作面采用移動變電站供電方式。液壓泵站
通過液壓管路提供液壓支架的工作液力源。工作
面主要機(jī)電設(shè)備有采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、
破碎機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)、液壓支架、液壓泵站、絞
72 中國礦業(yè) 第19卷
車、通風(fēng)設(shè)備； 向上述設(shè)備供電的移動變電站、
高低壓屏蔽電纜及高低壓控制開關(guān)設(shè)備，還有工
作面的通信及安全監(jiān)控設(shè)備。
2 大功率多電壓輸出的新型移動變電站
工作面采用移動變電站供電方式， 由采區(qū)變
電所經(jīng)高壓雙屏蔽電纜將6 kV 或l0kV 三相高壓
電源，送到工作面的移動變電站。移動變電站將
6 kV或10 kV 電壓變換為1．2kV (大容量工作面
電壓為3．3 kV)乃至更高電壓，供工作面機(jī)電設(shè)
備用電。隨著工作面機(jī)電設(shè)備容量的增大，機(jī)電
設(shè)備使用電壓等級不同， 同一臺變電站可輸出不
同電壓等級的電壓供電， 而且變電站容量也相應(yīng)
提高。
移動變電站設(shè)在工作面平巷軌道上的平板車
上，隨工作面的開采而移動。這種供電方式把高
電壓深入到采煤工作面， 以滿足工作面大容量設(shè)
備的供電需求。為確保1=作面的安全供電， 供電
線路大都采用有專門的保護(hù)接地芯線及屏蔽線的
電纜。移動變電站的高低壓開關(guān)及工作面配電點(diǎn)
的低壓饋電開關(guān)，其內(nèi)部主電路的斷路器都采用
真空斷路器。控制及保護(hù)器件使用單片機(jī)綜合保
護(hù)器、可編程控制器PI C及微型計(jì)算機(jī)。控制方
式能就地控制、遠(yuǎn)方控制、程序控制及遙控等多
種控制；保護(hù)功能可實(shí)現(xiàn)短路、過載、斷相、低
壓、過壓、漏電及漏電閉鎖等保護(hù)。能將事故隱
患及早發(fā)現(xiàn)處理， 避免發(fā)生嚴(yán)重事故，確保安全
可靠供電。而且開關(guān)整定調(diào)整方便，還設(shè)有自檢
及顯示功能，有些保護(hù)及控制電路設(shè)計(jì)成本質(zhì)安
全型， 構(gòu)成隔爆兼本質(zhì)安全型設(shè)備， 極大地提高
了設(shè)備的安全性能。低壓饋電開關(guān)做成隔爆方形
結(jié)構(gòu)，使檢修維護(hù)方便，確保工作面安全、可靠
供電。
3 電牽引采煤機(jī)
新技術(shù)對采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)、牽引機(jī)構(gòu)、行走機(jī)
構(gòu)、搖臂的性能和可靠性提出很高的要求。應(yīng)用
于超級綜采工作面的采煤機(jī)采用交流變頻調(diào)速拖
動裝置；牽引裝置為帶有鍛造齒條的牽引裝置。
采煤機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動化控制，操作簡單， 可實(shí)現(xiàn)
記憶截煤和液壓支架聯(lián)動控制。
采煤機(jī)的牽引系統(tǒng)也由液壓牽引改進(jìn)為電牽
引，使得采煤機(jī)牽引部機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)簡單，傳動
效率提高，工作可靠。電牽引采煤機(jī)應(yīng)用單片機(jī)、
可編程控制器PLC及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，系統(tǒng)具有
完善的控制、檢測、診斷、顯示功能。能實(shí)現(xiàn)對
采煤機(jī)的人工控制、遙控及自動控制； 對采煤機(jī)
運(yùn)行中的各種參數(shù)如電流、電壓、速度、溫度、
壓力及負(fù)載等情況實(shí)時(shí)監(jiān)測處理；若某些參數(shù)超
過允許值時(shí)，發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號，并進(jìn)行保護(hù)i
還能對采煤機(jī)的關(guān)鍵部件進(jìn)行自檢和故障診斷，
顯示運(yùn)行中各種參數(shù)的圖形及數(shù)據(jù)，并可向地面
控制巾心或調(diào)度室傳輸。對采煤機(jī)牽引速度的調(diào)
整采用變頻調(diào)速技術(shù)， 可實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的軟啟動、
恒功率、恒牽引力運(yùn)行， 特殊情況下， 還能實(shí)現(xiàn)
發(fā)電反饋制動， 向電網(wǎng)回饋電能， 實(shí)現(xiàn)牽引特性
的四象限運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)的節(jié)能、高效工作。
交流變頻調(diào)速電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、無刷無載流
子的優(yōu)點(diǎn)，也有直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速性能好，控制
電路簡單、節(jié)約能源、經(jīng)濟(jì)可靠等優(yōu)勢，而且啟
動轉(zhuǎn)矩大、啟動電流小等特點(diǎn)。這種調(diào)速方式，
在煤礦井下采掘機(jī)械中得到較好的應(yīng)用。
4 液壓支架的電液控制系統(tǒng)
液壓支架的遷移控制由單臺手動液壓操縱控
制，改進(jìn)為由PLC與電動液壓閥組相結(jié)合，組成
的電液控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)是液壓支架控制技術(shù)的
發(fā)展方向， 由北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)有限公
司生產(chǎn)的PM31型液壓支架電液控制系統(tǒng)，使液
壓支架、刮板輸送機(jī)的移動操作更加靈活、快捷。
電液控制系統(tǒng)一般由主控制臺、支架控制箱、電
液控制閥組、壓力及位移傳感器、電源箱、電纜
等組成。
各個(gè)支架的控制箱與主控制臺連成一個(gè)有機(jī)
整體，以計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)， 以液壓支架
電液控制系統(tǒng)為核心。每臺液壓支架配備一臺支
架控制箱， 主要由單片機(jī)、觸摸屏控制按鍵及液
晶顯示器組成。每臺控制箱都能發(fā)出各種控制指
令，使對應(yīng)的電液控制閥組內(nèi)的電磁先導(dǎo)閥或微
電機(jī)動作，控制主控閥開啟， 向所連接的液壓缸
供液，支架作相應(yīng)的動作?？刂品绞接蓹C(jī)械手柄
操縱變?yōu)殡娮佑|摸屏按鍵操縱，操縱控制方便、
高效。
根據(jù)采煤工藝的要求，將液壓支架的動作按
預(yù)定的程序運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)液壓支架的單架控制、成
組控制、全工作面自動控制等多種控制功能。使
液壓支架的操縱更方便，移動更快捷。這一新技
術(shù)的應(yīng)用，確保采煤T作面高產(chǎn)、高效自動化采
煤。為實(shí)現(xiàn)采煤丁作面的自動化、無人化采煤創(chuàng)
造了必備的條件。
5 隔爆真空智能型電磁啟動器及隔爆組合開關(guān)
隔爆真空智能型電磁啟動器，采用單片機(jī)進(jìn)
行控制及保護(hù)， 并有液晶顯示器，可方便進(jìn)行保
第12期 郅富標(biāo)等：綜采工作面自動化技術(shù)在趙固一礦安全生產(chǎn)中的作用
護(hù)參數(shù)設(shè)定、故障查詢和模擬試驗(yàn)，具有遠(yuǎn)控、
程序控制及遙控等功能。并有瓦斯監(jiān)測接口， 若
外接瓦斯傳感器， 可檢測工作面的瓦斯?jié)舛龋?如
瓦斯超限，智能啟動器動作， 切斷低壓電源。為
解決大功率電動機(jī)的啟動控制問題， 可選用具有
軟啟動功能的電磁起動器。如 R 一315／l140型
軟啟動電磁起動器，該啟動器由單片機(jī)組成的智
能監(jiān)測控制電路，控制三組反并聯(lián)的單向晶閘管
的導(dǎo)通角，調(diào)節(jié)大功率電動機(jī)的啟動電流， 實(shí)現(xiàn)
電動機(jī)的軟啟動。
由于設(shè)備容量大， 電動機(jī)臺數(shù)多， 常采用隔
爆組合開關(guān)又稱負(fù)荷控制中心， 對工作面設(shè)備進(jìn)
行控制。組合開關(guān)是由多個(gè)真空接觸器及驅(qū)動器
組成的多功能開關(guān)，新型的組合開關(guān)以可編程控
制器為控制中心， 通過驅(qū)動器控制真空接觸器，
即可獨(dú)立驅(qū)動對應(yīng)的電動機(jī)，也可實(shí)現(xiàn)多臺驅(qū)動
器之間的順序控制或連鎖控制， 使各對應(yīng)驅(qū)動的
電動機(jī)按約定的程序工作；并具有完善的保護(hù)、
試驗(yàn)監(jiān)測、狀態(tài)顯示及故障查詢系統(tǒng)。全部電氣
設(shè)備主電路的控制開關(guān)，都采用真空接觸器、無
觸點(diǎn)繼電器，有些控制及保護(hù)電路設(shè)計(jì)成本質(zhì)安
全型，使得采煤工作面設(shè)備工作更安全。
6 計(jì)算機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)
礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)，一般由地面主機(jī)計(jì)算機(jī)、
調(diào)制解調(diào)器、井下分站單片機(jī)、傳輸接口、傳感
器、執(zhí)行器、聲光報(bào)警、斷電、電源箱、電纜、
接線盒等組成。
傳感器將瓦斯、煤塵、溫度、濕度、CO、
cO。、風(fēng)速、風(fēng)量、頂板壓力等各種環(huán)境參數(shù)轉(zhuǎn)換
成與之成比例的電信號，此信號經(jīng)分站處理， 就
地顯示及地面調(diào)度室總機(jī)同步顯示各參數(shù)。當(dāng)某
參數(shù)超限時(shí)， 由執(zhí)行器自動聲光報(bào)警，嚴(yán)重時(shí)自
動斷電。還可配置工作面設(shè)備的開／if傳感器、皮
帶跑偏傳感器、超聲波料位計(jì)、采煤機(jī)位置速度
監(jiān)測儀、風(fēng)電瓦斯電閉鎖等各種傳感器，將主要
設(shè)備的工作情況進(jìn)行井上井下跟蹤監(jiān)測， 地面調(diào)
度室實(shí)時(shí)監(jiān)控，調(diào)度員隨時(shí)發(fā)布調(diào)度命令。
7 采用自動化技術(shù)后的效果
(1)將采煤工作面的采煤機(jī)、液壓支架、破
碎機(jī)、裝載機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓泵站、帶式輸
送機(jī)等設(shè)備的控制系統(tǒng)、工作面通信與監(jiān)控系統(tǒng)
及工作面供電系統(tǒng)集成，并接人礦井自動化系統(tǒng)
的以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)及工作面設(shè)備的集中
控制、保護(hù)、故障自檢、閉鎖、沿線通信等功能，
達(dá)到安全、高產(chǎn)高效進(jìn)行煤炭開采。
(2)以采煤機(jī)位置為依據(jù)的液壓支架自動控
制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)液壓支架跟隨采煤機(jī)自動操作， 使
得綜采工作面的安全生產(chǎn)有技術(shù)的保障， 而且極
大地提高了采煤工作面的產(chǎn)量和工效，確保礦井
的安全生產(chǎn)。
(3)原煤產(chǎn)量、全員效率、回采工效、日產(chǎn)、
單產(chǎn)、機(jī)械化程度等指標(biāo)普遍較好， 工傷率、材
料消耗、百萬噸死亡率等指標(biāo)下降，工作面?zhèn)€數(shù)
減少，每班下井人員大幅減少，創(chuàng)出了當(dāng)年投產(chǎn)
當(dāng)年采煤300萬t的記錄。 1
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