首先,滚筒式采煤机(刨煤机)在工作面的刮板上行走,同时滚筒伸入煤壁里旋转,把煤剥落下来。接下来,剥落下来的煤落到煤壁前方的刮板上,刮板前有铲子,自动把没有落到刮板上的煤推到刮板输送机上。之后,刮板输送机把煤沿着工作面输送到工作面端头的转载机上,再经破碎机破碎后运到皮带运输机上,运出矿井。
而在近年来,我国的综采自动化技术也取得的较大发展,由于PLC技术的加快速度进行发展,使得我国煤炭开采也走上了自动化、电气化道路。采煤机采用交流变频牵引取代液压牵引,普遍具有离机遥控操作、中文状态显示和故障自诊断功能,实现了采煤机的自动控制。另外,具有记忆功能、能够在工作面实现“记忆仿形切割”及“视频监测”的智能型采煤机也取得突破,其与电液控制液压支架组成的自动化综采工作面成为现实,利用国产滚筒采煤机组成成套自动化综采装备的条件已经逐步成熟。在这方面,较为突出的是神东煤炭公司,神东煤炭公司2004年进行了自动化工作面的初步试验,在此基础上,2005年经过半年多的调试,先后建成了榆家梁煤矿45204半截深自动化工作面;哈拉沟煤矿02203半截深自动化工作面;补连塔煤矿31306大采高双向全截深自动化工作面,共三个自动化综采工作面,单面月产量均达90万t以上。自动化工作面的应用有利于提高工程质量、降低工人劳动强度;发挥了先进设备的效能,提高了综采工作面的科学技术水平;为我国综采工作面自动化技术的应用积累了成功的实践经验。
本设计所研究的联动操控方法的理论依照是可编程控制器PLC控制法。由于采煤机机身的主机具有记忆功能,在工作面条件较好的情况下,可以自动重复上次割煤。同时,刮板机、转载机、破碎机、皮带输送机和工作面负荷中心把开停的远控接点开关量,通过三机PLC集中在控制台上来控制,同时通过电气闭锁实现采煤机闭锁,刮板输送机、带式输送机的闭锁,刮板输送机、转载运输机电闭锁等。通过上述的操控方法就能轻松实现综采工作面设备的联动控制。
在了解和掌握联动控制管理系统的组成和原理基础上,运用可编程控制器PLC技术对综采工作面生产的全部过程进行顺序控制,以满足实际生产需要。
1)对综采(综合机械化采煤)方面的资料做搜集,主要是工作面的主要设备和采煤工作面设备工作顺序的介绍。
可编程控制器PLC控制的联动系统实现了转载机、破碎机、工作面运输机顺序启停;工作面运输机与采煤机互锁;采煤机与液压支架联动;实现了破碎机、转载机、运输机、割煤机顺序启车,三机(采煤机、支架、运输机)联动;从而确保了各设备间协调、连续、高效、安全运作;降低了职工劳动强度,提高了生产效率;实现了在复杂地质条件下自动化采煤新工艺。这将是我国井下采煤发展的趋势。
当今社会工业领域谋求快速地发展,希望在产品生产、工业生产等方面实现多批量、低成本、高效率、高质量等的自动化控制。为满足这一要求,生产设备和自动化生产线的控制管理系统一定要有极高的可靠性和灵活性。可编程控制器(PLC)来自是在这种情况下应运而生的,它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。
PLC的应用面广、功能强大、使用起来更便捷,可谓是当今工业自动化的主要设备之一。它已经在工业生产的许多领域里得到了充分应用。当然这其中也包括它在煤矿综采设备联动控制方面的应用。可以说,PLC正在机械设备及生产的全部过程等的自动化控制管理系统中扮演着重要角色。
1-采煤机;2-刮板运输机;3-液压支架;4-破碎机;5-转载机;6-可缩胶带;7-绞车;8-六组合开关;9-喷雾泵;10-乳化液泵;11-清水过滤器;12-绞车;13-电缆车;14-电站;15-自动配比装置;16-乳化液泵箱;17-喷雾泵箱;18-自动控制室;19-电缆车
通过PLC主控台可以在一定程度上完成对工作面设备的集中控制。在控制管理系统上,能轻松实现对工作面所有生产设备的全面控制,启动工作面生产自动控制程序,实现设备自动化运行。联动控制管理系统对工作面生产设备的控制功能有:
一是在进行系统结构设计和选型时多做分析,从而使得系统结构、选型、系统整体性能具有超高的性价比。二是在保证系统功能的前提下,充分的利用现有设施和资源。
系统的总体设计便于改造工程的分步实施,确保系统的改造不影响井下设备的正常生产,有利于实现旧系统向新系统的平稳过渡。
在一定的资金资源下,尽量有效地利用,以适当的投入,建立一个尽可能完善、低成本的控制系统。
综合机械化采煤是一国煤矿开采技术现代化的重要标志。因此,世界各国都在不断探究先进的操控方法。上世纪90年代末以来,世界主要产煤国家高产高效综采技术快速地发展,特别是美国、澳大利亚、德国、英国和南非发展最快。综采工作面高产高效纪录不断刷新,综采装备新技术层出不穷。平均年产145.4万t洗精煤,平均工效274t/(工*d),工作面搬家(包括设施安装)时间平均684人工/面。工作面平均长度240 m,最大长度335m。2001年平均班产进一步提升,其中,前10个工作面年平均班产达到5998t洗精煤,相当于年产400万t以上的水平。沙莫罗克公司(SHAMR0CK)的被克佛克矿在123个小班中产煤166万t,相当于月产83万t;塞普路斯阿马克斯煤炭公司卡姆博兰德矿1995年6月达到月产洗精煤57.3万t的纪录,阿科煤炭公司的西皮庇矿2004年11月创造了日产4.5万t的世界纪录,当月产量50余万t。美国2004年共有180个长壁工作面,其中有158个工作面是电液控制的工作面,占87.5%,使用两柱掩护式支架143套,四柱支撑掩护式支架27套,两柱掩护式支架占95%,支架工作阻力大部分在7000—8000 kN,最大的两柱掩护式支架工作阻力达到9800kN。普遍装备大功率电牵引重型采煤机组和大功率、大运量、高可靠性刮板输送机。先进的采煤装备使美国跨入世界上综采技术装备最先进的国家行列,其不断刷新高产高效工作面的纪录。
在整个工作流程中,维持顶板及边邦,保护工作面正常工作及人员的安全工作由液压支架完成。
随着微处理器、计算机和数字通信技术的快速的提升,计算机控制已经扩展到了几乎所有的工业领域。当前用于工业控制的计算机可大致分为几类,例如可编程控制器(PLC)、基于PC总线的工业控制的计算机、基于单片机的测控装置、集散控制管理系统(DCS)和现场总线控制管理系统(FCS)等。
一个完整的综采工作面主要由采煤机、可弯曲刮板运输机、液压支架、转载机、破碎机、可伸缩带式输送机、液压泵等设备组成。其中采煤机、可弯曲刮板运输机、液压支架是综采工作面的主要设备,俗称“三机”。实践表明,提高综采工作面设备的电气化程度可以很大幅度上实现高产。因此,如何利用先进的控制手段以实现综采工作面设备的联动运行就是要解决的问题。
采用先进的技术和设备,确保改造后系统的功能、性能优质。运行可靠,在技术、应用方面居国内同行业较先进水平。
对工业控制管理系统来说,系统的可靠性是采煤流程能否高产、高效稳定运行的关键,因此在进行方案设计时,必须确保设计的系统具有很好的稳定性。
在矿井的生产的全部过程中,采煤工艺的先进与否直接影响整个矿井的生产能力。因此,如何利用先进的控制手段实现采煤工作面设备的联动控制运行就显得很关键,综采设备联动系统PLC控制是依据当今工业领域十分热门,同时应用也比较广泛的可编程控制器技术探讨研究而成,与传统的采煤工艺相比,它的优势越来越明显,也更加容易达到矿井的高产高效的目的。随着我们国家工业控制自动化技术的发展,煤矿机电自动化在矿上的应用日益增多。因为煤矿是支柱产业,是能源的命脉。提高机电设施自动化、电气化程度,最大减少用人,是实现矿井长治久安的关键,因此综采工作面设备联动控制管理系统有利于推动企业安全高效、又好又快发展。
如何根据煤矿井下生产规格要求,将采煤机、刮板机、破碎机、转载机、皮带运输机等综采设备的生产的全部过程有机结合起来,进而通过PLC控制台实现对各综采设备单一控制和生产的全部过程的联动控制,实现工作面设备的自动化控制、保护、闭锁、沿线通信等功能,确保各设备协调、连续、高效、稳定运行是本次设计的控制管理系统所要实现的目标。
英国和德国是世界上综采技术最先进的国家,由于受其自然煤层赋存条件的限制,其高产高效工作面的纪录不如美国和澳大利亚,但世界著名的采煤机械企业主要集中在德国和英国。近年来,由于国际采矿业市场的不景气和激烈竞争,导致各公司的相互兼并,形成几个大跨国公司,其采煤装备水平也在不断进步。
相比于西方发达国家,我国的综采工作面自动化控制管理系统发展相对较为落后,上世纪60~70年代,我国煤矿开采绝大多数都是采用人海战术,工人劳动强度大,生产效率低,,安全状况差。进入80年代,开始采用机械化综采设备,大幅度的提升了生产效率。但是与世界发达国家相比,我国的人员效率仍然很低,生产自动化程度很不高,这也是造成我国煤炭企业长期难以摆脱困境的原因之一。
PLC作为目前较为先进、应用十分广泛的技术,它与现有的操控方法相比,具有可靠性高、控制程序灵活可变、编程方法简单、功能强,性能好价格低、体积小,重量轻,能耗低等诸多优势。可以很好的对综采设备做联动控制,使矿井生产高效安全可靠,实现全矿井的数据采集、生产调度、经营管理、决策指挥的自动化、电气化。利用可编程控制器PLC对综采设备的运行进行实时的监控,通过程序设计以实现对综采设备的联动控制,对我国煤炭资源的电气化、智能化开采,综采设备的一体化运行都有着重大意义。
一个完整的综采工作面主要由采煤机、可弯曲刮板运输机、液压支架、转载机、破碎机、可伸缩带式输送机、液压泵等设备组成。其中采煤机、可弯曲刮板运输机、液压支架是综采工作面的主要设备,俗称“三机”。除工作面设备之外,还有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等[1]。
综采设备联动控制管理系统最直接的意义在于完全实现了煤炭生产的全部过程中的割煤、装煤、运煤、支护、处理采空区等主要生产环节的顺序控制,减少了中间人力参与的环节,提高了劳动效率。使得煤炭井下开采向着高产、高效、集中化生产方向发展。在很大程度上提高了综采工作面生产能力,提高了综采设备及矿井生产系统的可靠性,同时减少了工作面辅助工序的影响时间。
综采,即煤矿综合机械化采煤,一般指机械化率达到95%以上。综采为应用大功率、高强度的机械设备,为高产、高效煤炭开采,为建设百万吨矿井及安全提供了保障。它是在工作面采煤、装煤、运煤、支护和采空区处理等机械化的基础上,进一步使综采工作面各个机械组成一个整体进行生产,在结构上有机配合。它是煤矿开采技术进步的标志,是煤矿增加产量、提高劳动效率、增加经济效益的重要手段。综采工作面具有安全、高产、高效的特点,是现阶段先进的主要采煤方式。目前高产高效综采矿井己形成“一井一面”或“一井两面”的生产模式。其特点是综采工作面装备采用电牵引采煤机、电液控制的大吨位液压支架及大运量输送机等机电一体化高效技术。其中,电牵引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。可实现电气化、自动化控制,简单易操作,可实现记忆割煤和液压支架联动控制。整个工作面的生产的全部过程逐步向自动化控制发展。