CN103266914B - 固体充填采煤自动化控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种固体充填采煤自动化控制系统，包括工作面电控系统、顺槽过滤系统、顺槽监控系统、及井上下数据传输系统，所述工作面电控系统包括若干支架控制单元，且所述支架控制单元内包含有若干可采集支架运行数据的传感器，并将传感器的数据通过井上下数据传输系统传输至井上的监控中心，实现远程监控。与现有技术相比，本发明传感器及网络技术能有效降低人力投入，大大提高了自动化控制的程度，也使得充填采煤作业效率更高，充填工艺和充填质量得到了明显的提升。

Description

固体充填采煤自动化控制系统

技术领域

本发明涉及充填采煤技术，尤其涉及一种固体充填采煤自动化控制箱系统。

背景技术

地下开采造成覆盖在开采层上面的岩层破坏、岩层移动及地表沉陷，造成地面建筑物、道路、管路、水体、水工工程及农田等的破坏，以致使生态环境也受到了很大影响。它长久以来是矿业学科领域研究助重点。虽然近年来发展了不少先进的采矿方法，但是由于人类加强了资源的合理开发利用和日益强烈的环境保护的意识，对采矿方法提出了更加严格的要求。因此，充填采矿法应该成为以后发展的采矿方法之一。随着采矿技术的发展，充填采矿法在国内外得到了迅速的发展与应用。

所谓充填采煤，即在采煤的同时用固定充填物料填入采空区，以防止采空区在采煤后发生塌陷，图1所示为填充采煤的简要示意图，通常来说，充填工作主要是依靠液压支架，并在输送机和夯实机构的共同配合下完成的，所述充填物料从地面通过投料井、充填物料带式输送机、自移式固体充填物料转载输送机等相关设备运至输送机上，通过输送机将充填物料充填入采空区内，然后利用夯实机将充填物料压实并接顶，如此，在液压支架的两头分别实现采煤和填充。

但是，目前的充填采煤技术也遇到了一些问题，例如，地面沉降控制和生态环境保护对充填工艺和充填质量的要求日益提高；另外，由于充填采煤环节多，占用人员多，工效低，单产量再提高难度大；而且自动化程度低，人员操作安全隐患多。而且，目前充填采煤仍为人工控制，未实现自动控制；充填质量稳定性还有待于进一步提高。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种固体充填采煤自动化控制系统，其可提高充填采煤的效率，改善充填采煤的质量，实现自动化控制，减少人工。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种固体充填采煤自动化控制系统，包括液压支架、工作面电控系统、顺槽过滤系统、顺槽监控系统、及井上下数据传输系统，所述工作面电控系统包括连接液压支架的电液控制系统、连接所述电液控制系统的若干支架控制单元、及电液控制主机，且所述支架控制单元内包含有若干传感器；所述井上下数据传输系统包括井上监控中心、矿井环网、环网交换机、及井下系统集成主机，所述环网交换机分别与所述电液控制主机、井下系统集成主机及电液控制系统连接。

作为本技术方案的进一步改进，所述液压支架包括前、后立柱、摆梁及捣实机构；所述液压支架的后端与一溜槽连接。

作为本技术方案的进一步改进，所述传感器包括溜槽物料传感器、前立柱压力传感器、后立柱压力传感器、后捣实行程传感器、后捣实压力传感器、摆梁升降行程传感器及距离传感器。

作为本技术方案的进一步改进，所述各个传感器通过所述环网交换机及矿井环网与所述井上监控中心连接。

作为本技术方案的进一步改进，还包括一连接所述井上监控中心的总调度中心。

与现有技术相比，本发明固体充填采煤自动化控制系统能有效降低人力投入，大大提高了自动化控制的程度，也使得充填采煤作业效率更高，充填工艺和充填质量得到了明显的提升。

附图说明

图1为现有的液压支架在井下充填采煤的示意图。

图2为本发明所述的固体充填采煤自动化控制系统的连接原理图。

图3为本发明所述的固体充填采煤自动化控制系统的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图2、图3所示，本发明提供一种固体充填采煤自动化控制系统，包括液压支架、工作面电控系统、顺槽过滤系统、顺槽监控系统、及井上下数据传输系统。所述自动化控制系统用于控制填充采煤设备，使得液压支架能顺利在井下进行填充作业。

所述工作面电控系统包括连接液压支架的电液控制系统、连接所述电液控制系统的若干支架控制单元、及电液控制主机。所述液压支架为多个，所述每一支架控制单元分别对应控制每一液压支架，且所述支架控制单元内包含有电液控制器、电液换向器、电磁驱动器及各类传感器，所述传感器包括溜槽物料传感器、前立柱压力传感器、后立柱压力传感器、后捣实行程传感器、后捣实压力传感器、摆梁升降行程传感器及距离传感器，所述支架控制单元用于采集液压支架上所述各个传感器的数据，从而实现对液压支架动作的控制和状态的监测，例如，控制单元可根据后捣实行程和压力传感器所感测到的行程值和压力值，来判断矸石充填的程度是否达到要求，并进行相应的控制；而位于后端溜槽下方安装的溜槽物料传感器，用来检测下落充填料堆积的高度，依据该堆积高度来判断充填料下落是否达到要求，并进行相应的控制。所述电液控制系统内包含有控制器、隔离耦合器、及矿用供电装置，用于控制所述液压支架的各种动作，该电液控制系统可获取液压支架上各个传感器的相关数据，并对数据进行运算分析，最终做出控制指令。

所述顺槽过滤系统包括一级过滤站、二级过滤站、三级过滤站及功能过滤站。所述顺槽监控系统用于收集液压支架电液控制系统的信息、显示、存储工作面的监测信息（如后部的充填视频影像），且具有多种标准数据通讯接口，可与第三方设备进行数据通讯（如与采煤机通讯获得位置信息），并具备各种井上下通讯解决方案接口，具备标准的以太网接口保证与井下以太网对接。

所述井上下数据传输系统包括总调度中心、井上监控中心、矿井环网、环网交换机、及井下系统集成主机。所述总调度中心、井上监控中心位于地面上，且总调度中心连接所述井上监控中心，实现远程监控和调度。所述矿井环网为连接井上和井下的网络设施，其通过光纤，一端连接至井上监控中心，另一端连接至井下环网交换机。所述环网交换机用于将井下的各个设备、装置、系统的相关信息进行汇总，并将相关信息通过所述矿井环网传输至井上，具体来说，所述液压支架电液控制系统、电液控制主机、井下系统集成主机、及工作面上的顺槽过滤系统、顺槽监控系统、采煤机、运输机等都连接至所述环网交换机，由该环网交换机汇总各类数据信息传送至井上监控中心。

图3所示为本发明自动化控制系统的具体应用示例，其为一固体充填采煤设备在井下的作业示意图，该设备设有位于顶部的前顶梁1、后顶梁2、位于后顶梁2一端的充填料输送机3、位于充填料输送机3下方的摆梁4、捣实机构5、位于井底并起支撑作用的支架底座、位于支架底座前端的刮板输送机7及位于刮板输送机7一侧的采煤机8。所述充填料输送机3的出料口处设有溜槽物料传感器9；所述摆梁4上设有摆梁升降传感器10，用于感测摆梁4的伸缩行程数据；所述捣实机构5为一捣实千斤顶，用于实现对充填物料的推移和压实，其上设有后捣实行程传感器11及后捣实压力传感器12，分别用于监测捣实机构的运动数据（如行程数据、压力数据）。另外，所述前、后顶梁的下方设有用于支撑顶梁的前立柱与后立柱，且该两立柱上分别设有前立柱压力传感器13和后立柱压力传感器14，该两传感器分别用于感测立柱所承载的压力数据。所述固体充填采煤设备利用传感器技术能提高数据采集的准确性，提高了充填采煤的精准度。

所述固体充填采煤自动化控制系统的自动充填控制流程主要分为三部分：

1）充填料下落过程：该过程主要实现充填料下落控制及下落充填料堆积高度检测。

2）充填料夯实过程：该过程中控制捣实机构循环伸缩动作，实现堆积充填料的夯实，并判断是否需要再次下落充填料的判断。

3）捣实机构提升过程：该过程主要实现捣实机构的提升。具体来说，当自动充填时，打开后部的溜槽物料口，进入充填料下落过程，在此过程中检测下落物料的堆积高度，当达到设定物料堆积高度时关闭溜槽物料口，并进入物料夯实过程；在物料夯实过程中控制后部捣实千斤顶循环伸缩动作，并判断后部捣实千斤顶的压力和行程值，当后部捣实千斤顶的压力到达设定压力时，判断行程值是否到达设定值，若行程也到达设定值说明此高度的物料已经完成要求的充填任务则可以进入后部捣实提升过程，否则说明此高度的物料没有完成要求的充填任务则再次进入物料下落过程，再次重复上述过程；在后捣实提升过程中，控制后部捣实的提升直到到达设定高度，到达设定高度后，继续进入物料下落过程重复上述过程。当后部捣实提升高度到达最高设定高度时，单架充填支架自动控制过程完成。其中物料下落堆积高度值、后部捣实设定压力和行程值、后部捣实提升高度值、后部捣实提升最大高度均为可以设置值。

另外，值得一提的是，考虑到现有的工作面同一时间只有一个充填液压支架工作的效率低，因此，在本发明最佳实施例中，在工作面上设计成多架充填液压支架同时工作，假设工作面允许3架充填液压支架同时工作，1-3号架同时执行单架自动充填控制，当1号架自动充填完成则自动触发4号架启动单架自动充填控制，当2号架完成自动充填控制自动触发5号架进入单架自动充填控制，工作面总保持3个充填液压支架同时工作，依次类推直到整个工作面全部完成自动充填工作，从而能大大提高工作面的充填效率。

相较于现有技术，本发明可以按照既定的控制程序，实现降、移、升动作的自动控制、自动充填作业控制；而且，对立柱的工作压力、行程数据，采煤机的位置、方向进行监测的功能，能够在井下电液控制主机上对上述信息和后部充填视频影像进行显示和存储，并将数据传输至地面调度中心并显示，实现井上监控。另外，在本发明最佳实施方式中，所述电液控制系统设有声音报警装置、急停装置，并具备本架闭锁及故障自诊断显示功能，并能方便地进行人工手动操作，能够在线进行参数调整设定和现场程序装载与更新。采用本发明所述的固体充填采煤自动化控制系统，有利于改善充填质量，提高充填效率，进而实现有利于采煤充填平行作业；最终使充填采煤技术整体水平从人为控制提高到自动控制，为充填采煤技术的发展方向。

以上所述，仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的方法内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，均属于权利要求书保护的范围。

Claims (4)

1.一种固体充填采煤自动化控制系统，包括液压支架、工作面电控系统、顺槽过滤系统、顺槽监控系统、及井上下数据传输系统，其特征在于：所述工作面电控系统包括连接液压支架的电液控制系统、连接所述电液控制系统的若干支架控制单元、及电液控制主机，且所述支架控制单元内包含有若干传感器；所述井上下数据传输系统包括井上监控中心、矿井环网、环网交换机、及井下系统集成主机，所述环网交换机分别与所述电液控制主机、井下系统集成主机及电液控制系统连接；所述若干传感器包括溜槽物料传感器、前立柱压力传感器、后立柱压力传感器、后捣实行程传感器、后捣实压力传感器、摆梁升降行程传感器及距离传感器。

2.根据权利要求1所述的固体充填采煤自动化控制系统，其特征在于：所述各个传感器通过所述环网交换机及矿井环网与所述井上监控中心连接。

3.根据权利要求1所述的固体充填采煤自动化控制系统，其特征在于：还包括一连接所述井上监控中心的总调度中心。

4.根据权利要求3所述的固体充填采煤自动化控制系统，其特征在于：所述液压支架包括前立柱、后立柱、摆梁及捣实机构；所述液压支架的后端与一溜槽连接。