高瓦斯矿井综采工作面记忆截割三角煤自动化系统及方法与流程

本发明涉及一种高瓦斯矿井采煤工艺，特别是高瓦斯矿井综采工作面记忆截割三角煤自动化系统及方法。

背景技术：

综采自动化技术在国内起步较晚，尤其是针对高瓦斯矿井综采工作面来说，由于受到煤层瓦斯的影响，对井下作业人员的生命安全造成了严重威胁，同时也间接制约了综采工作面生产效率的提高。目前，综采自动化技术已经在很多大中型矿井开始推广应用，但受到地质条件和技术条件的制约，自动化应用程度不尽相同，综采工作面在回采过程中，尤其是传统的割三角煤工艺，涉及到端头管理，采煤机与支架独立作业，各岗位人员参与多，作业环境不安全因素多。但由于技术条件不成熟，自动割三角煤功能一直处于探索当中，在高瓦斯环境下的安全自动化智能化控制系统研究还处于初期阶段，目前，我国大力推进工业化4.0，为实现煤矿智能化生产模式，利用煤矿环境、设备等多因素的大数据分析，对工作面瓦斯浓度、煤机速度、矿压、通风等多种因素进行综合分析，综采工作面的智能化割煤，自动化跟机技术研究成为高瓦斯矿井无人化采煤技术研究发展方向。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题给提供一种高瓦斯矿井综采工作面记忆截割三角煤自动化系统及方法，从而通过综合分析采煤机速度、工作面顶板压力对工作面高瓦斯的影响度，实现采煤机割煤速度的智能控制，使用割煤速度、矿压等多因素综合解决高瓦斯问题。

根据本发明的一个方面，提供的一种高瓦斯矿井综采工作面记忆截割三角煤自动化系统，包括液压支架电液控制系统、采煤机控制系统和顺槽监控主机，液压支架电液控制系统和采煤机控制系统分别与顺槽监控主机连接，工作面加装瓦斯传感器，将工作面瓦斯传感器数据通过综合接入器转送到顺槽监控主机上，同时采煤机速度信息传送到监控主机，将工作面液压支架电液控制系统的工作面矿压数据传送到监控主机，按照系统设定的瓦斯浓度点进行配置，对采煤机速度进行调节,实现采煤机牵引速度与瓦斯浓度联动控制。

进一步地，包括向液压支架供液的乳化液泵，采用双进双回的供液方式，在进液管沿线每隔十架支架加装压力传感器，实时监测进液管路沿线压力与泵站出口压力的变化，根据自动跟机过程中采煤机的速度、乳化液泵站压力与工作面支架用液之间关系的数据的分析自动调节乳化液泵运行台数。

进一步地，所述的液压支架电液控制系统包括支架控制器、压力传感器、行程传感器、红外传感器、电液换向阀、电源箱和信号转换器，在工作面每台液压支架上配置一台支架控制器，支架控制器之间按顺序互联成网，搭建一条贯穿于综采工作面的数据通信链路将综采工作面矿压数据，液压支架推移数据传送到了顺槽监控主机上进行集中监测监控。

进一步地，采煤机控制系统包括采煤机红外线位置检测传感器、左右摇臂采高传感器、行走部的位移传感器和倾角传感器。

进一步地，所述的工作面的支架控制器因供电关系而被分组，相邻的6个支架控制器由一路独立的直流电源供电，成为一个控制器组，分组的标志是组与组之间都接入一个隔离耦合器，它隔断了组与组间的电气联接而又通过光电耦合沟通数据通信信号。

根据本发明的另一方面，提供一种高瓦斯矿井综采工作面记忆截割三角煤自动化方法，采用以上所述的系统，整个工作面采煤机割煤过程轨迹呈现z字形，先行采煤机割透整个工作面，然后由液压支架推行形成三角煤弯曲段，采煤机斜切进刀，然后回刀吃掉三角煤，完成完整一刀的采煤过程；液压支架跟随采煤机位置进行跟机作业，采用提前过架支撑，实现三角煤割煤过程中的超前支护，采煤机到达指定位置后等待支架动作完成信号，采煤机接收到支架完成信号后进行下一步指令，建立闭环的控制系统。

进一步地，以上所述的方法包括步骤：

①机头第一刀割上刀

割煤场景：采煤机从中部往机头自动割煤，牵引至第一折返点，牵停，降左滚筒；初始态：左滚筒割顶刀、右滚筒割底刀；第一折返点：左滚筒割底刀、右滚筒割底刀；采煤机从中部往机头方向自动割煤，每节支架随着采煤机依次自动移动；

②机头第一刀割底刀

割煤场景：采煤机从机头往中部上行至拉架等待架，牵停，等待拉架信号；初始态：左滚筒割底刀、右滚筒割底刀；

③机头第一刀扫煤

割煤场景：采煤机在设定区域里进行扫煤作业；初始态：左滚筒割底刀、右滚筒割底刀；扫煤流程如下：

1）从右到左第一次，前、后滚筒在设置的卧底范围，采煤机往机头下行；

2）煤机到机头设定的减速区时采煤机减速，以防割机头支架和设备；

3）煤机到设定的第一折返点时，采煤机换向，并给定速度；

4）煤机到设定的第二折返点时，采煤机换向，速度不变；

5）煤机按照设定的扫煤次数在扫煤区域内重复执行扫煤动作；

④机头第一刀扫煤结束

割煤场景：采煤机从机头往中部上行；初始态：左滚筒割底刀、右滚筒割底刀；弯曲段：左滚筒割底刀、右滚筒割顶刀；等待架：左滚筒割顶刀、右滚筒割底刀；分为以下三种情况，

1）、正常结束扫煤工艺

按照正常工艺扫煤结束时，采煤机由机头向中部上行，至弯曲段时，前滚筒割顶刀，后滚筒割底刀，牵引至等待架时牵停，等待推溜信号；

2）、提前结束扫煤阶段

在扫煤次数没有达到设定值时，人工给向右信号，采煤机使出第二折返点+2架时，认为扫煤结束，采煤机由机头向中部上行，至弯曲段时，前滚筒割顶刀，后滚筒割底刀，牵引至等待架时牵停，等待推溜信号。

3)、需要增加扫煤次数

在扫煤次数达到设定值时，人工给向左信号，采煤机再次反刀割煤，认为扫煤干净时，给采煤机向右信号驶出第二折返点时扫煤结束，采煤机由机头向中部上行，至弯曲段时，前滚筒割顶刀，后滚筒割底刀，牵引至等待架时牵停，等待推溜信号。

⑤机头第二刀割上刀

割煤场景：采煤机收到推溜完成信号，牵引至第一折返点，牵停，降左滚筒；初始态：左滚筒割顶刀、右滚筒割底刀；第一折返点：左滚筒割底刀、右滚筒割底刀。

本发明的有益效果体现在：

1）打破瓦斯突出工作面煤机速度单一指标限制，依据瓦斯浓度控制采煤机速度，建立瓦斯浓度、采煤机速度、矿压等多参数融合的智能割煤控制系统，实现工作面产能最大化。

2）对采煤机割煤速度、液压支架跟机动作数量和泵站供液能力等数据进行综合分析，建立采煤机、液压支架、乳化液泵站综合协调作业的跟机自动化综合系统。

3）使用提前过架超前支护、“煤机+支架”互为连锁控制，实现了煤与瓦斯突出矿井“采煤机自动截割三角煤+支架自动跟机”的全自动化跟机功能，解决了矿压显性，滚帮严重的三角煤区域跟机工艺难题。

附图说明

图1为液压支架电液控制系统结构图。

图2为采煤机牵引速度与瓦斯浓度联动控制系统连接图。

图3为工作面采煤机割煤运行轨迹。

图4为采煤机初始态进入三角区。

图5为采煤机割透机头(16-21架补充推溜形成弯曲段)。

图6为采煤机牵停降滚筒。

图7为采煤机工作示意图。

图8为采煤机等待拉架动作（7-13架补充拉架）。

图9为采煤机在拉架完成后进入扫煤阶段。

图10为采煤机至右向左进行扫煤作业。

图11为采煤机至左向右进行扫煤作业。

图12为采煤机扫煤完成后向中部斜切进刀（21-3架依次推溜）。

图13为采煤机进刀完成后等待推溜信号。

图14为采煤机调整滚筒姿势。

图15为采煤机第二刀机头割顶刀。

图16为采煤机割顶刀支架动作。

图17为采煤机割透机头（14-29架依次拉架）。

图18为采煤机调整滚筒姿势。

图19为采煤机至左向右进行扫煤作业。

图20为采煤机至右向左进行扫煤作业。

图21为采煤机扫煤完成机头支架拉架。

图22为采煤机向中部自动割煤。

图23为跟机转推形成蛇形段。

图24为斜切进刀的根据程序。

图25为割三角煤的根据程序。

图26为清浮煤的根据程序。

图27为下一刀的根据程序。

图中，1-支架控制器，2-电源，3-隔离耦合器，4-fpga型隔离耦合器，5-综合接入器，6-摄像头，7-持续器，8-瓦斯传感器，9-监控主机，10-交换机，11-采煤机。

具体实施方式

本发明一种典型的实施方式提供一种高瓦斯矿井综采工作面记忆截割三角煤自动化系统，包括液压支架电液控制系统、采煤机控制系统和顺槽监控主机，液压支架电液控制系统和采煤机控制系统分别与顺槽监控主机连接，工作面加装瓦斯传感器，将工作面瓦斯传感器数据通过综合接入器转送到顺槽监控主机上，同时采煤机速度信息传送到监控主机，将工作面液压支架电液控制系统的工作面矿压数据传送到监控主机，按照系统设定的瓦斯浓度点进行配置，对采煤机速度进行调节,实现采煤机牵引速度与瓦斯浓度联动控制。

通过瓦斯浓度、采煤机速度、压力的关系趋势，实现采煤机牵引速度与瓦斯浓度联动控制功能。通过将煤机割煤速度、矿压与瓦斯浓度进行智能关联控制，有效的控制了在采煤生产作业过程中的瓦斯浓度，提高了煤矿安全生产系数，通过实现全工作面的跟机自动化控制，在顺槽监控主机进行远程遥控，从而将煤矿工人从恶劣的工作面采煤环境中解放出来，改善了煤矿工人的劳动环境，降低了操作人员的劳动强度。

综采工作面自动化系统是自动控制技术、传感器技术、计算机技术、设备工况监测及故障诊断技术、电液控制技术、集中控制技术等多种自动化技术的融合，从而构成机电一体化的综合机械化采煤自动化技术。自动化采煤工作面关键技术包括:液压支架电液控制技术;采煤机自动采煤技术;支架电液控与采煤机数据交互技术；顺槽集中控制技术(三机控制、泵站控制)。

液压支架电液控制系统

液压支架电液控制系统进行液压支架控制，液压支架电液控制系统由支架控制器、压力传感器、行程传感器、红外传感器、电液换向阀、隔离耦合器、电源箱、信号转换器、监控主机及连接电缆等组成，全工作面电液控制系统的配置与连接图1所示。在工作面每台液压支架上配置一台支架控制器1，支架控制器1之间按顺序互联成网，搭建了一条贯穿于综采工作面的数据通信链路，它将综采工作面矿压数据，液压支架推移数据等信息传送到了顺槽监控中心计算机上进行集中监测监控。工作面的支架控制器1因供电关系而被分组，相邻的6个支架控制器1由一路独立的直流电源2供电，成为一个控制器组。分组的标志是组与组之间都接入一个隔离耦合器3，它隔断了组与组间的电气联接而又通过光电耦合沟通数据通信信号，这种方式是为达到本质安全性能所采取的措施。此外隔离耦合器3为电源引2入提供通道。所有支架控制器1靠干线电缆互联成网络。干线电缆从端头架控制器开始顺序将全部支架控制器1联接起来。每个支架控制器1都有地址编号，地址号是按顺序连续的。干线电缆有4根芯线，其中3根为贯通的公共线:1号芯线为电源12v，2号芯线是称为tbus的所有支架控制器1间公共的通信总线，3号芯线是称为bidi的邻架间的通信线，4号芯线为电源ov，也是通信信号的公共的零电位点。系统中的网络终端器、总线提升器均为保证系统正常工作所必须的辅助装置。

为保证电液控数据的实时性可靠性，对工作面数据通讯方式提出了冗余的设计方案，增配fpga型隔离耦合器4，将工作面的综合接入器5耦合到电液控系统，综合耦合器之间连接有持续器7，为电控批量传感数据传输提供以太网高速通道。图1为本发明液压支架电液控制系统结构图。

液压支架电液控制系统可以实现液压支架的支架单动作手动控制，单支架的降柱-移架-升柱自动控制，成组支架程序控制，液压支架的跟随采煤机位置的自动控制，压力传感器用来检测工作面顶板压力，立柱在工作中发生卸载时的自动补压功能，使工作面顶板压力达到预设的初撑力，实现工作面顶板压力的安全管理，行程传感器用来进行液压支架的推移控制，该传感器是实现工作面液压支架自动跟随采煤机位置实现自动推移的关键部件，红外传感器用来检测采煤机所在的位置，可以通过采煤机位置，按照采煤工艺，实现液压支架的自动跟机控制。液压支架电液控制系统依据采煤机位置，按照采煤工艺对支架的要求，按照人工操作支架的流程，依据支架按照压力、行程和倾角传感器实现支架的自动控制，配置视频监视系统监视支架动作情况，实现工作面液压支架跟随采煤机割煤方向自动执行升降、推移和喷雾作业，实现支架跟机作业自动化。液压支架通过红外线接收器来接受采煤机红外线发射信号，从而来确定采煤机位置，再根据支架控制器程序，确定那部分支架移架、推溜、收打护帮板；通过推移油缸位移传感器采集液压支架推移油缸的行程，保证推溜及拉架能够达到要求；通过液压支架立柱压力传感器采集立柱下液强压力信号，保证液压支架将架压力及升架后的初撑力。以上技术为实现工作面液压支架自动化提供了最原始的数据。

液压支架的远程控制：液压支架sac系统一般安装在顺槽集中控制台附近，用来监控所有工作面液压支架实时状态，具体功能如下:

（1）可实现工作面所有液压支架程序的修改；

（2）可实现工作面所有液压支架立柱压力、推移行程的监测与显示；

（3）可实现采煤机位置、行走方向的监测与显示；

（4）可实现工作面所有液压支架实时数据的上传；

（5）可实现工作面推进距离的计算与显示；

（6）可实现工作面液压支架跟机自动化的开启、停止以及程序设置。

采煤机自动化控制

工作面使用can总线系统采煤机，支持多种总线接口：can现场总线、485现场总线，并支持多种总线协议。采煤机自身应用了工业can总线，提高稳定性和实时性，在数据采集和控制输入输出的速度上也有了很大提高。同时也具备了极好的抗干扰能力，极强的差错检测和处理能力，满足信息传输实时性要求；同时具备故障的诊断和处理能力等。

与普通plc系统采煤机相比，can总线系统采煤机具有以下特点：1、实时性强，新系统处理信息能力更快，这样提高了控制的实时性。2、接口广，模块本身支持多种总线接口。3、扩展能力强，可扩展多个模拟量或者数字量接口。4、抗干扰能力强、故障诊断能力强等。

通讯特点：工作面与顺槽之间由于距离远，加上井下环境恶劣，使用一般的通讯传输方法容易发生断线或者干扰的情况，因此采煤机采用载波通讯方式，通过动力电缆耦合传输信号，提高了通讯的稳定性。传输延时在200ms以内。三角煤工艺需要支架、运输机等配套设备的信息，所以跟其他设备的通讯也显得比较重要，顺槽控制器负责采集第三方的数据信息，然后根据配套设备信息执行三角煤自动化程序，然后通过载波传输控制指令给采煤机。

语音播报系统：总线系统中增加了语音播报功能，可以播报任何操作信息或者报警信息，同时也可以由机载显示屏或者顺槽工控机选择性配置播报信息。

位置实时校准算法：在自动化割煤工艺中，采煤机的位置反馈是至关重要的，当第三方位置丢失或者不精确时，采煤机本身在特定的位置可以校准当前位置，也可以在机载、顺槽工控机上实时校准煤机位置，这样能保障自动化程序正确的执行。

瓦斯联动保护系统：在高瓦斯工作面上，瓦斯联动系统显得特别实用和安全。该系统可以根据配置的几个关键瓦斯点配置适当的速度，当瓦斯超限时，系统会通过工控机、语音等系统进行提示，给安全生产提供了保障。

在自动化方面，总线系统采煤机不仅包含了中部的记忆割煤（自动割煤），还包含了端头自动化回采三角煤功能，在不同的位置自动化程序会自行切换，这提高了整个工作面的自动化程度。这也是国内第一个能在中部和两端端头全工作面执行自动化作业的采煤机自动化系统。

在总线系统中，所有的采煤机自身关键参数和采煤工艺参数都可以进行人工配置，无需更换程序，这提高了系统自身的可适应性。

采煤机记忆截割与远程控制技术，工作面采煤机以记忆截割自动化控制为主，以远程遥控为辅的生产模式实现工作面无人化开采。采煤机记忆割煤系统增加了采煤机与支架联动功能，可在采煤机faceboss电控系统中编制不同的割煤方式，一旦编制了截割方法并启动后，记忆截割根据已设定或者学习好的数据，重现割煤过程，采煤机将在司机最小限度的干预下自动运行。

采煤机远程控制技术，操作人员通过操作监控中心采煤机远程操作台进行采煤机的远程遥控，煤机远程监控系统由隔爆计算机、远程操作台等设备组成，操作人员可以通过监视采煤机、液压支架相关的监控画面、视频画面进行采煤机的远程遥控。

采煤机牵引速度与瓦斯浓度联动控制系统

通过在工作面加装瓦斯传感器8，将工作面瓦斯传感器数据通过综合接入器5转送到顺槽监控主机9上，同时采煤机速度等信息传送到监控主机9，将工作面液压支架电液控制系统的工作面矿压数据传送到监控主机9，采煤机11与监控主机之间连接有交换机10，采煤机牵引速度与瓦斯浓度联动控制系统连接图如图2所示。

在监控主机上对瓦斯浓度、采煤机速度等数据进行实时显示。在高瓦斯工作面上，瓦斯联动系统显得特别实用和安全。采煤机的瓦斯联动保护系统为实现这一功能提供了基础条件，该系统可以按照系统设定的瓦斯浓度点进行配置，对采煤机速度进行自动调节，当瓦斯超限时，系统会通过工控机、语音等系统进行提示，给安全生产提供了保障。着最大程度的解放采煤机截割速度，提高生产效率。

以下以阳煤集团新元公司3107工作面为例，对本发明高瓦斯矿井综采工作面记忆截割三角煤方法做具体说明。

采煤机三角煤跟机工艺

整个工作面采煤机割煤过程轨迹呈现z字形如图3所示，先行采煤机割透整个工作面，然后由液压支架推行形成三角煤弯曲段，采煤机斜切进刀，然后回刀吃掉三角煤，完成完整一刀的采煤过程，以下分别描述其工艺过程。

①机头第一刀割上刀

割煤场景：采煤机从中部往机头自动割煤，牵引至第一折返点，牵停，降左滚筒；

初始态：左滚筒割顶刀、右滚筒割底刀（如图4）；

第一折返点：左滚筒割底刀、右滚筒割底刀（如图5）；

采煤机从中部往机头方向自动割煤（26架以外），每节支架随着采煤机依次自动移动；

②机头第一刀割底刀（如图6-图8）

割煤场景：采煤机从机头往中部上行至拉架等待架，牵停，等待拉架信号；初始态：左滚筒割底刀、右滚筒割底刀；

③机头第一刀扫煤（如图9-图11）

割煤场景：采煤机在设定区域里进行扫煤作业；初始态：左滚筒割底刀、右滚筒割底刀；扫煤流程如下：

1）从右到左第一次，前、后滚筒在设置的卧底范围，采煤机往机头下行；

2）煤机到机头设定的减速区时采煤机减速，以防割机头支架和设备；

3）煤机到设定的第一折返点时，采煤机换向，并给定速度；

4）煤机到设定的第二折返点时，采煤机换向，速度不变；

5）煤机按照设定的扫煤次数在扫煤区域内重复执行扫煤动作；

④机头第一刀扫煤结束（如图12-图14）

割煤场景：采煤机从机头往中部上行；

初始态：左滚筒割底刀、右滚筒割底刀；

弯曲段：左滚筒割底刀、右滚筒割顶刀；

等待架：左滚筒割顶刀、右滚筒割底刀；

如图13所示，扫煤结束，煤机行至26架，21-3架整体推溜，推溜顺序从煤机附近向机头方向。

分为以下三种情况，

1）、正常结束扫煤工艺

按照正常工艺扫煤结束时，采煤机由机头向中部上行，至弯曲段时，前滚筒割顶刀，后滚筒割底刀，牵引至等待架时牵停，等待推溜信号；

2）、提前结束扫煤阶段

在扫煤次数没有达到设定值时，人工给向右信号，采煤机使出第二折返点+2架时，认为扫煤结束，采煤机由机头向中部上行，至弯曲段时，前滚筒割顶刀，后滚筒割底刀，牵引至等待架时牵停，等待推溜信号。

3)、需要增加扫煤次数

在扫煤次数达到设定值时，人工给向左信号，采煤机再次反刀割煤，认为扫煤干净时，给采煤机向右信号驶出第二折返点时扫煤结束，采煤机由机头向中部上行，至弯曲段时，前滚筒割顶刀，后滚筒割底刀，牵引至等待架时牵停，等待推溜信号。

⑤机头第二刀割上刀（如图15-图22）

割煤场景：采煤机收到推溜完成信号，牵引至第一折返点，牵停，降左滚筒；初始态：左滚筒割顶刀、右滚筒割底刀（图16）；

第一折返点：左滚筒割底刀、右滚筒割底刀（图17），29-14号支架提前拉架，防止空顶。

如图21所示，采煤机上行至20号支架时，3-13号支架全部完成自动移架，如需第二次清浮煤，此时煤机可返刀至机头，进行多次清浮煤，采煤机继续上行。

如图22所示，采煤机上行至24号支架，小号端头架跟机推溜，依次为3-6,3-7,3-8,3-9,3-10,4-11,5-12，此后为正常中部跟机范围。

液压支架三角煤跟机控制

液压支架跟随采煤机位置进行自动控制由跟机程序+参数来完成，跟机程序是将采煤工艺对液压支架动作需求固化为一个刚性流程，而跟机参数则是使这个刚性流程柔化，能适应不同地质条件变化。跟机控制程序以下为液压支架跟随采煤机位置在三角煤区域的自动化控制工序流程及液压支架对应的动作时序图。为了适应高瓦斯，端头矿压显性，端头易出现滚帮事故等问题，采用提前过架支撑，实现三角煤割煤过程中的超前支护，有效的保证工作面端头支架的顶板管理。液压支架的跟机控制程序见图23至图26。

（1）中部跟机转推蛇形段，关键点1：采煤机下行至6号架，见图23。如图23-1所示，采煤机下行时，液压支架依次跟机移架。下行至图23-2所示位置时,14、15号支架补充拉架，16-21号支架补充推溜，形成弯曲段。随后采煤机降速，准备返刀（图23-3）。

（2）顺序移架及斜切进刀，关键点2：采煤机上行至10号支架，见图24。如图24-1,采煤机上行至10号支架，3-13号支架顺序移架，只伸伸缩梁，不伸护帮板，煤机至17号支架等待完成移架信号。参考图24-2和图24-3，移架完成信号发出，采煤机进行扫煤过程，扫煤次数可设置。

（3）割三角煤，关键点3：采煤机上行至26号支架；关键点4：采煤机下行至21号支架，见图25。如图25-1，扫煤结束后，采煤机行至26号支架，21-3号支架整体推溜，脱硫顺序从煤机附近向机头方向。21-3号支架完成推溜后，给采煤机提供推溜完成信号，准备返刀（图25-2），采煤机接受推溜完成信号，采煤机下行，至21号支架，开始执行跟机自动移架（图25-3）。

（4）清浮煤，关键点5：第二次割透机头后，采煤机先上行至12号支架；关键点6：采煤机再下行至6号支架，见图26。如图26-1，采煤机下行时，29-14号架提前拉架，防止空顶；采煤机上行清浮煤至12号支架（图26-2），采煤机再下行至6号支架、清浮煤至7号支架（图26-3）。

（5）如图27，切换至上行中部跟机，关键点:7：采煤机上行至10号支架时，开始从3号支架开始跟机自动移架（图27-1）；采煤机上下至20号支架时，3-13号支架全部完成自动移架；如需第二次清没，此时煤机可返刀至机头，进行多次清浮煤；如不需要清浮煤，采煤机继续上行（图27-2）；关键点8：上行至24号支架时，小号端头架跟机推溜：依次为依次为3-6,3-7,3-8,3-9,3-10,4-11,5-12，此后为正常中部跟机范围。

液压支架跟机与采煤机协同控制

将液压支架推移信息、采煤机位置信息、工作面矿压、瓦斯浓度等数据通过监控中心作为传输通道和逻辑中枢，依据瓦斯浓度控制模型、工作面割煤工艺和液压支架的跟机动作状态等信息进行集控系统的综合决策，实现了电液控制系统与煤机系统二者的协同配合，实现基于采煤机与液压支架协同与数据共享的井下无人干预全自动化生产模式。

支架跟随采煤机进行跟机作业，采煤机到达指定位置后等待支架动作完成信号，采煤机接收到支架完成信号后进行下一步指令，两者互为条件，建立闭环的控制系统，共同完成记忆截割三角煤的工艺需求。

泵站系统协同控制技术

工作面在自动化跟机作业过程中，经常出现采煤机速度快时，支架出现丢架或支架动作不到位的现象。

工作面采用双进双回的供液方式，为了探索研究自动跟机过程中采煤机的速度、乳化液泵站压力与工作面支架用液之间关系，在进液管沿线每隔十架支架加装压力传感器，实时监测进液管路沿线压力与泵站出口压力的变化。通过数据的分析，我们发现当工作面支架不动作时，泵站的出口压力与工作面管路沿线压力变化是有一定规律的。当工作面在自动化跟机作业采煤机速度达到4m/min以上时，发现泵站的出口压力与工作面管路沿线压力变化是非常明显的，工作面所需的压力和流量是不够的，必须通过自动调节乳化液泵运行台数，经常达到3台同时运行，才能满足生产。通过摸索供液流量、压力与管径的关系，保证工作面自动化跟机的连续性，为乳化液泵站供液管路的管径、长度等的选型匹配积累经验。视频监视技术:视频系统把操作人员的视觉延伸到了采煤工作面现场，使操作人员可以清晰的看到采煤现场发送的情况，看到所操作的设备运动过程，及时采取措施以确保设备的安全性。通过在液压支架上安装有摄像仪，并通过连接器与综合接入器相连，将工作面视频信号通过工业以太网高速传输系统传送到顺槽监控中心的计算机上进行工作面生产工况监视。另外，瓦斯浓度传感器数据可以通过该高速传输系统传送到顺槽监控中心计算机上去。

顺槽集中控制技术

1）三机集中控制技术

三机集中控制通过控制贝克ke3002、ke3004组合开关来控制工作面三机，可实现三机联合启动与停止、单设备的启动与停止、单设备点动的启动与停止功能，可在工作面机头实现运输机的启动与停止功能，其具有操作集中、控制简单、运行稳定等优点。

2）泵站集中控制技术

远程供配液系统，远程配液站由原来的设备列车处移至进风口配液站，采用远距离自动供配液，配液站由供水加压泵、配比泵、远程输出泵及自动化控制装置组成，工作面回采期间配液站始终不移动，相比以前随采随移的情况，减少了用工，降低了劳动强度，保障了安全。

泵站乳化液由远程配液站通过供液泵输送进泵站液箱，由乳化泵加压后经过高压反冲洗装置过滤后输送进工作面。泵站主要由软化水净化装置，高压反冲洗过滤器，回液过滤器，乳化泵（型号brw～400/31.5）3台，喷雾泵（型号bpw315/10k）2台，注水泵（型号jc3090）2台构成，泵站设备通过智能plc控制柜集中控制，通过泵站主机集中显示，泵站系统全部由程序自动化控制。

本发明的技术优点体现在：

1.打破瓦斯突出工作面煤机速度单一指标限制，首次依据瓦斯浓度控制采煤机速度，建立瓦斯浓度、采煤机速度、矿压等多参数融合的智能割煤控制系统，实现工作面产能最大化。

2.首次提出对采煤机割煤速度、液压支架跟机动作数量和泵站供液能力等数据进行综合分析，建立采煤机、液压支架、乳化液泵站综合协调作业的跟机自动化综合系统。

3.首次使用提前过架超前支护、“煤机+支架”互为连锁控制，实现了煤与瓦斯突出矿井“采煤机自动截割三角煤+支架自动跟机”的全自动化跟机功能，解决了矿压显性，滚帮严重的三角煤区域跟机工艺难题。

除此以外，还具有以下特点：

1.实现了三角煤区域跟机自动化控制，并使其生产过程常态化

在高瓦斯的环境下，以sac电液控系统为核心，依托采煤机红外线位置检测、视频探头、多种传感器等监测监控装置，工作面液压支架跟随采煤机割煤方向自动执行升降、推移和喷雾作业，实现了支架跟机作业自动化。

2.实现了采煤机远程控制和记忆截割功能

通过在采煤机上增加左右摇臂采高传感器、行走部的位移传感器、倾角传感器、程序卡、顺槽远程控制软件、采煤机自动化控制软件，实现了在顺槽控制采煤机启停、方向、速度、采高的控制功能，并实现了采煤机的记忆截割功能。

3.实现了采煤机牵引速度与瓦斯浓度联动控制

通过系统地分析了瓦斯浓度、采煤机速度、压力的关系趋势，实现采煤机牵引速度与瓦斯浓度联动控制功能。打破瓦斯突出工作面煤机速度单一指标限制，首次依据瓦斯浓度控制采煤机速度，建立瓦斯浓度、采煤机速度、矿压等多参数融合的智能割煤控制系统，实现工作面产能最大化。

4.实现了工作面“三机”和顺槽胶带机集中控制

监控系统采用zqs127-z型运输机监控主机，实现了对工作面刮板运输机、转载机、破碎机设备运行工况的动态监测。控制系统采用ktc101型通讯装置配合视频监测设备，实现了对工作面三机和顺槽胶带机的集中控制。

5.实现了远程供配液自动化

（1）通过加装电动球阀、液位传感器、25微米两级精过滤装置，加装控制程序与集控并网连接，实现了软化水的自动控制。

（2）远程配液系统，由供水加压泵、配比泵、远程输出泵及自动化控制装置组成，将配液设备由原来的设备列车处移至进风口配液站，缩短了近1000米的浓缩液运输距离，减少了用工，降低了劳动强度，保障了安全。

（3）远程供液系统，使用井下远程供液，设备列车由原来的两泵一箱改为三泵一箱，供液距离由原来距工作面150米移至500米以外。远距离供液减少了设备列车的牵引次数，进一步保障了牵引操作安全。同时在支架操作过程中，当系统流量和压力降低时，通过变频控制实现自动补液增压。

6.实现了泵站系统协同控制

通过将采煤机割煤速度、液压支架跟机动作数量和泵站供液能力相结合，实现了按照煤机速度、液压支架跟机拉架动作数量要求与供液能力相匹配。通过煤机位置触发液压支架跟机动作需求，液压支架动作速度取决于泵站系统的能力（流量、压力），煤机速度、支架动作、泵站能力三者的动态协调，以弥补液压支架控制程序及其参数的静态化和动态化需求的矛盾，避免出现跟机“丢架”的现象。

7.实现了视频监测实时传输

在工作面、运输设备转载点加装30套视频监控设备，实现了对整个综采作业区的全程实时视频监控，数据集成后上传到阳煤新元公司信息平台，可实现数据、视频信息共享，集团公司便可同步看到井下的实时作业情况，及时了解生产动态，为调度指挥提供了决策依据。

8.实现了矿压数据实时传输

整个矿压观测系统依托安装在支架上的gdp60型压力传感器采集矿压数据，经过井下电液控主机存储并通过数据上传系统传输到地面服务器记录、分析，生成曲线图表发布，掌握了工作面回采过程中的矿压显现和分布规律，为工作面管理顶板和今后支架选型提供了科学的依据。

9.实现了支护质量的显著提高

支架电液控和自动补液的应用，保证了支架能够具备足够的初撑力，支护质量显著提高，减轻了煤帮压力，减少了滚帮煤带来的安全隐患。

10.实现了全巷道语音通讯

1700多米的顺槽和工作面分段装设了语音通讯设备，声音清晰洪亮，实现了全线喊话，无论是顺槽还是工作面任何一个地方，要找人或者下达指令非常方便。