矿井综合自动化系统在煤矿的建设应用分析 郭志博（冀中能源河北中煤四处矿山工程有限公司，河北邢台０５４０００） 摘要：在煤矿开采工作中，自动化、信息化技术的应用，不仅改变了传统的生产方式，提高了矿井开采的效率以及自动化运行水 平，也在很大程度上降低了矿井开采的不安全因素，提高了矿井开采的生产效率。在此基础上本文重点探究了综合自动化系统在矿 井中的主要应用。 关键词：煤矿；综合自动化系统；矿井生产 中图分类号：Ｆ４２６．２１；ＴＤ６７ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００８—０１５５（２０１４）０５—００４８—０１ 随着经济建设的快速发展，人们对矿产资源的需 度等，实现主机监测系统和通信模块之间的数据交换。 求量不断增加，在煤矿开采中应用综合自动化系统，能 二、矿井综合自动化系统中的集成平台建设 够实现对矿井开采过程的有效控制，提高矿井的生产 （一）集成平台的选择 效率，为整个矿井开采工作提供强有力的保护，将煤矿 在矿井开采中，建立综合自动化集成平台，可以实 资源的生产成本控制在最低的范围内。 现矿井上下、采煤设备以及采掘监控系统的数据信息 一、煤矿综合自动化系统当前的应用概况 等在相同的平台上面进行传输，数据信息在统一的平 （一）安全监控系统 台上面传输，能够提高数据传输的效率，实现数据资料 在煤矿开采过程中，使用的监控系统可以分为两 的有效利用，减少采掘工作的投资成本，在一定程度上 部分：煤炭生产监测以及煤炭开采安全监测。一般监 实现资源的有效整合，确保自动化集成系统在矿井采 控传感器分布在地面主控机、矿井下分站、综采工作面 掘工作中发挥最大的经济效益。当前，煤炭采掘机电 以及光纤传输主干等位置，对矿井内部的瓦斯、矿井内 设备及其子系统的构造都比较复杂，在实际的使用过 的风量、风速、一氧化碳含量、井下温度、井下负压以及 程中，要结合煤炭开采自动化建设的实际经验，以及煤 风门开关等环境参数进行实时的监控。另外，安全生 炭开采的现场情况，选择高效的自动化集成平台控制 产监控系统还能够监测机电设备的运行情况，并通过 设备，实现数据信息传输的高效性和稳定性。 联网的方式，实现对多个子系统的监控管理。通过使 （二）集成设备的选择方式 用监控系统对矿井生产环境、矿井生产设备以及矿井 煤矿开采工作受地质条件、机电设备、采掘支护以 内部的气体进行监控，提高了矿井灾害的预测能力，确 及人力等因素的影响比较严重，这就要求选择的平台 保矿井生产工作的安全进行。 设备要具有较高的稳定性以及实用性，这样才能够在 （二）人员定位系统 一定程度上确保采掘工作的正常进行以及矿井下采掘 在矿井内部设置人员定位系统能够对矿井内部人 工作人员的安全。根据开采的实际情况，在选择设备 员的流动、人员数量等进行实时的监控，对矿井内部人 的时候，要充分考虑设备是否能够适应矿井下非常恶 员定位监测，是煤矿生产安全监测工作的重要内容之 劣的开采环境、设备是否符合井下开采的防爆标准、集 一，当矿井内部出现突发事件的时候，通过人员定位系 成设备的井下容错能力是否够强等，按照上述要求，选 统能够进行快速的应急救援处理。 择的设备本身要有以下几点优势：第一，使用的集成设 （三）主运煤工业自动化监控系统 备数据库的架构要为容错架构；第二，设备中使用的通 煤矿开采自动化系统中的主运煤工业自动化监控 信线路技术要为环网组建，利用冗余技术进行核心交 系统主要包含：矿井开采集中控制系统、煤炭开采地面 换，在铺设光缆的时候，尽可能使用多芯单模备份光 集中控制系统、地面工业电视监控系统以及矿井下就 纤；第三，选择的设备要有高性能的数据备份以及数据 地单台等。另外，在煤矿资源开采运输的过程中，还可 存储系统，能够实现自动化以及数据存储的可靠性以 以将主运煤系统改造为胶带连续化运输系统，这种方 及安全性；第四，要选择能够进行数字监控的后备供电 式的改造能够提高主煤运输系统的工作效率。 系统，对供电系统进行数字化的监控，这种方式能够提 （四）主排水自动化控制系统 高电源监控的灵活性以及可靠性，另外，后备供电系统 在煤矿开采过程中，使用主排水自动化控制系统 还可以采用双变换在线式结构，该结构能够减少电压 可以通过图形、图像的方式反映出地下水位的实际情 波动的频率、电源对其造成的干扰以及闪电雷击等问 况，还能够及时的调节地下排水管道的流量参数、电机温 题，进而对供电系统进行全面的保护；选择的后备供电 设备的电池组也要符合模块化的设计要求，通过电池 收稿日期：２０１４—０２—１８ 组的随意组合以及扩展，减少数据系统出现间断的情 作者简介：郭志博，河北邢台市人，毕业于河北工程大学采 况；第五，选择的设备要能够实现企业网络以及工业网 矿工程专业，助理工程师，现在冀中能源河北中煤四处矿山工程 络之间的联网转换。 （下转第５０页） 有限公司工作。 ４８ ４、采煤机ＭＧＴＹ４００／９００—３．３Ｄ的主要技术特点 第一，采煤机电机的总功率一般维持在９００ｋＷ；第 二，采煤机滚筒的直径一般为１８００ｍｍ；第三，采煤机的 高度范围一般在２．２～３．５ｍ之间；第四，采煤机在开采 过程中能够适应煤层的倾斜角度要在２５度以下。 （二）采煤机电设备液压支架的选择 ［２］吴占军．井下综采工作面采煤机的选型［Ｊ］．黑龙江科技信 息，２０１３（１０）． （责任编辑：陈凌霄） （上接第４８页） （三）煤炭综合自动化系统内部子系统的物理接口 １、液压支架支架型号的选择 根据以往的开采经验，工作面煤层的厚度大约为 ２．７～３．５ｍ，伪顶的厚度大约为０．２ｍ，顶板岩层的性质 为粉砂岩，在施工开采过程中很容易出现垮落的情况； 直接顶的厚度比较大，大约为２９．９８ｍ，岩层的性质为 粉细砂岩，整体硬度比顶板岩的硬度大，且比较细密； 在煤炭综合自动化系统内部子系统的构建方式有 很大的差别，其中主要包含：单片机控制系统、煤炭采 掘数据监控系统、ＰＬＣ控制系统等，由于子系统发挥的 功能不同，数据接口的种类也会存在差别，通信协议也 会不同。根据开采设备的选型情况我们知道，要高度 重视端口对接方式的选择，根据接口的类型，制定详细 的规划。 老顶的厚度大约为１６．３８ｍ，岩层的性质为粉细砂岩以 及１１号煤组，但主要以粉砂岩为主，在实际开采施工 过程中，我们要根据不同岩层的性质，并结合施工经 验，选择合适的液压支架。 ２、确定液压支架的高度 液压支架的高度需要根据煤层的高度进确定，一 般煤层的厚度大约为２．７～３．５ｍ，其平均厚度大约在 ３．１ｎｌ，因此液压支架的高度大约要控制在１．７～３．７ｍ。 ３、工作面液压顶板的压力以及液压支架支护强度 的计算方式 （１）液压支架工作面顶板的压力计算方式 根据以往的开采经验，液压支架最大采高顶板的 压力计算方式为：Ｐ１＝ｋｈｒ，其中ｋ主要代表的是液压 支架上方顶板岩层的厚度系数，其支护强度在５—８倍 之间；ｈ主要代表的是液压支架工作面的采高，一般情 况下，高度大约为３．Ｏｍ；ｒ主要代表的是煤层上方岩层 的容重，一般为２．６ｔ／Ｉｎ 。 （２）液压支架支护强度的计算方式 Ｐ２＝Ｆ／Ｓ，在公式中，Ｆ主要代表的是液压支架的 工作阻力，Ｓ主要代表的是液压支架在工作中的支护面 积。 （三）采煤工作面刮板输送机的主要配套选型 当前，随着采煤综合技术水平的不断提高，其生产 的机械化水平和管理水平也随之不断的增强，现阶段， 国内外采煤工作面的总体长度在不断增加，采煤设备 的装机功率也在向更高的功率方面提升，为了和液压 支架以及采煤机相配套，输送机工作面长度一般为 １５０．４ｍ，刮板输送机的型号为ＳＺＺ一８００／２ ３７５。 结语 综合性的机械化煤矿开采工作，主要是把采煤工 作面上的落煤、装煤、运煤等环节有机地结合在一起， 实现采煤工作面机电设备的配套。各设备之间合理的 匹配能够提高采煤的工作效率，增强设备的使用性能， 延长设备的使用寿命。另外，机电设备之间的相互配 套还能够有效的改善采煤工作的劳动条件，在一定程 度上能够提高煤矿开采工作的稳定性和安全性能。 参考文献： ［１］杨松．有关煤矿机电设备选型问题的几点思考［Ｊ］．中小企 业管理与科技，２０１３（２７）． ５０ 三、综合自动化系统的在煤矿采掘工作中的应用 （一）自动化系统中子系统的接入 一般情况下，子系统在硬件构成接入方面有三种 形式：ＰＬＣ控制器接人式、子系统控制器连接式以及子 系统控制主机连接的方式；在软件接入方面主要有： ＷＥＢ端口接人式、ＭＯＤＢＵＳ协接入式等。 （二）综合自动化系统的建成情况 综合自动化系统，从整体结构出发构建了非常系 统化的平台，使用的环网交换机采用了统一的标准接 口，各系统之间能够在统一的系统平台上运作，不仅实 现了信息的共享，还提高了信息传递的速度，在很大程 度上解决了独立系统之间形成的信息孤岛问题，实现 了信息的全面融合。 调度室控制台中人机界面的使用，可以非常全面 的显示出煤矿开采的工作的工艺流程，通过自动化控 制完成工艺参数的存储、调用以及输入，实现煤炭产量 以及时间的自动统计。另外，在调度室内，监控人员还 能够对获取的信息进行统一的管理，改变了传统信息 沟通获取缓慢的情况。 综合自动化系统在矿井开采中的应用，实现了对 矿井综采工作面、矿井下通风系统、煤炭运输系统、矿 井下变电系统、煤炭开采附注运输系统、综采掘进支护 系统等的全面远程监控，企业管理人员可以通过工作 网络平台了解最新的生产动态以及生产一线的实际工 作情况。并且综合自动化系统还能够对收集的数据资 料进行综合性的分析、处理，提高了工作人员对矿井开 采管理以及动态分析的效率。 煤炭开采综合自动化系统的应用，构建了统一的 数据信息网络传输平台，实现了矿井开采中数据信息 的收集、整合、监测、控制等。通过对自动化系统的控 制，不仅提高了矿井开采的工作效率，还确保了矿井开 采工作的安全进行，为安全生产工作提供了有效的保 障，并且通过对数据信息的快速收集、整理，能够提高 管理人员决策的准确性，避免了决策过程中的盲目性， 促进煤矿企业的社会效益以及经济效益的提高。 参考文献： ［１］董聚辉．矿井综合自动化系统在煤矿的建设与应用［Ｊ］．科 技创新导报，２０１２（３１）． ［２］刘韩勇，等．矿井综合自动化系统在煤矿的设计与应用［Ｊ］． 陕西煤炭，２０１２（３）． （责任编辑：陈凌霄）