CN204703903U - 一种综采工作面无人自动化开采系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种综采工作面无人自动化开采系统，涉及自动化、信息化技术领域。综采工作面无人自动化开采系统包括采煤机、输送机、液压支架、破碎机、转载机、组合开关、工作面控制中心、运输三机监控系统、视频系统、语音通讯控制系统、泵站控制系统、泵站、采煤机控制系统、液压支架电液控制系统、链条自动张紧装置。工作面控制中心安装在顺槽设备列车上，包括综合监控平台和集中操作平台。通过安装在液压支架内的倾角传感器的测量角度可描绘出液压支架在工作面的姿态，可以对其进行更精确的远程控制。链条自动张紧装置通过对油缸行程和压力的检测来控制伸缩油缸动作，自动调节链条张紧力。本系统可实现工作面无人自动化开采。

Description

一种综采工作面无人自动化开采系统

技术领域

本实用新型涉及自动化、信息化技术领域，具体地说是一种综采工作面无人自动化开采系统。

背景技术

综采工作面是现代化煤矿生产的主要环节，是煤矿生产中设备最多、环境最恶劣、工作最复杂的系统。目前我国自动化采矿技术相对落后，只是采煤机、刮板输送机、液压支架等采煤主要设备实现了单机自动化控制，以人工就地操作为主，没有实现无人跟机作业，采煤效率低下，人身安全事故率较高。因此在煤矿井下综合应用先进的自动化控制技术、视频技术、网路传输技术、测控技术，提高采煤效率、提高资源的利用率、降低采煤人员的劳动强度、提高煤矿的安全生产水平，达到工作面生产过程自动化、采煤工艺智能化、工作面管理信息化，实现综采工作面的少人或无人自动化开采，是现代化煤矿高效、安全、绿色生产的必由之路。

发明内容

本实用新型的目的是设计一种综采工作面无人自动化开采系统，保障现代化煤矿的高效、安全、绿色生产。

本实用新型的技术方案是：

系统包括采煤机1、输送机2、液压支架3、破碎机14、转载机17、组合开关19、工作面控制中心20、运输三机监控系统、视频系统、语音通讯控制系统、泵站控制系统23、泵站48、采煤机控制系统、液压支架电液控制系统、链条自动张紧装置。

所述的工作面控制中心安装在顺槽设备列车上，包括综合监控平台和集中操作平台，通过对综采工作面所有设备的工况监测、故障诊断、远程操作，实现综采工作面所有设备的无人化联合运行，提高采煤效率和采煤的安全性。

运输三机监控系统包括输送机机尾监控装置6，输送机平行机头监控装置9、输送机垂直机头监控装置12、破碎机监控装置13、转载机监控装置16。通过运输三机监控系统对运输三机进行实时监控，保证设备的正常运行。

液压支架电液控制系统内液压支架服务器26与液压支架控制器33连接；液压支架控制器33与推移千斤顶行程传感器40、立柱压力传感器36、护帮倾角传感器42、红外发射器38、顶梁倾角传感器27、掩护梁倾角传感器29、四连杆倾角传感器31、底座倾角传感器35连接；液压支架控制器33还连接电磁先导阀和主控阀组34、通过电磁先导阀和主控阀组34控制液压支架推移千斤顶39和液压支架立柱37的动作。

其中根据顶梁倾角传感器27、掩护梁倾角传感器29、四连杆倾角传感器31以及底座倾角传感器35的测量角度可描绘出液压支架在工作面的姿态，可以对其进行更精确的远程控制。

视频系统包括高清摄像仪24、光端机25以及视频控制器21。高清摄像仪24、光端机25安装在液压支架4内，在工作面布置多组，将整个综采工作面的视频信息实时传输到安装在顺槽设备列车上的视频控制器内，再通过工作面控制中心综合监控平台对综采工作面进行远程监控。

链条自动张紧装置包括输送机伸缩机尾油缸44、伸缩油缸行程传感器45、液压阀组5、输送机机尾监控装置6，伸缩油缸压力传感器47和电磁阀46安装在液压阀组5上，通过对油缸行程和压力的检测来控制伸缩油缸动作，自动调节链条张紧力。

本实用新型的优点是：在工作面控制中心安全专家系统的保护下，通过远程监测和控制关键生产设备，利用割煤设备的自主定位与自动导航技术、液压支架电液控制技术、刮板输送机自动推移技术、工作面自动监控监测技术、井下高速双向通讯和集中控制技术等，自动完成割煤、移架、推溜、支护等生产流程，动态优化作业程序，实现工作面生产过程自动化、采煤工艺智能化、工作面管理信息化以及操作的无人化，仅当设备出现故障时，维修人员才会到达工作面，从而确保高产、高效和安全生产。

附图说明

下面结合附图和具体实施方案对本实用新型作进一步详细说明：

图1是本实用新型的系统图。

图2是综采工作面的设备布置图。

图3是液压支架控制系统及安装设备的布置图。

图4是链条自动张紧装置示意图。

图中：1采煤机、2输送机、3输送机机尾传动部、4液压支架、5液压阀组、6输送机机尾监控装置、7红外接收器、8语音急停闭锁装置、9输送机平行机头监控装置、10输送机平行机头传动部、11输送机垂直机头传动部、12输送机垂直机头监控装置、13破碎机监控装置、14破碎机、15破碎机传动部、16装载机监控装置、17转载机、18装载机传动装置、19组合开关、20工作面控制中心、21视频控制器、22语音通讯控制装置、23泵站控制系统、24高清摄像仪、25光端机、26液压支架服务器、27顶梁倾角传感器、28顶梁、29掩护梁倾角传感器、30掩护梁、31四连杆倾角传感器、32四连杆、33液压支架控制器、34电磁先导阀和主控阀组、35底座倾角传感器、36立柱压力传感器、37立柱、38红外发射器、39推移千斤顶、40行程传感器、41底座、42护帮倾角传感器、43护帮、44输送机机尾伸缩油缸、45伸缩油缸行程传感器、46电磁阀、47伸缩油缸压力传感器、48泵站。

具体实施方式

下面结合具体实施方式说明本实用新型的构造与工作过程。

首先参阅图1，图1是本实用新型的系统图。本实用新型一种综采工作面无人自动化开采系统包括组合开关19、采煤机1、输送机2、破碎机14、转载机17、泵站48、工作面控制中心20、运输三机监控系统、视频系统、语音通讯控制系统、泵站控制系统23、采煤机控制系统、液压支架电液控制系统。组合开关19主要负责给采煤机1、输送机2、破碎机14、转载机17、泵站48及各种控制系统提供动力电源。

图2是综采工作面的设备布置图。采煤机1在输送机2上运行，液压支架4推动输送机向煤壁方向移动，使采煤机完成割煤工作；红外接收器安装在采煤机1上，接收液压支架4上安装的红外发射器38发出的信号，完成对采煤机位置的辅助定位功能；输送机机尾监控装置6安装在输送机机尾传动部3附近，输送机平行机头监控装置9安装在输送机平行机头传动部10附近，输送机垂直机头监控装置12安装在输送机垂直机头传动部11附近，破碎机监控装置13安装在破碎机传动部15附近，装载机监控装置16安装在转载机传动部18附近，监控装置通过总线连接，接入到工作面控制中心20的综合监控平台，用于运输三机的工况监测；语音急停闭锁装置8，根据需要多个串联安装在输送机2电缆槽架上，最终接入顺槽控制台语音通讯控制装置22(见图1)，用于对工作面设备的急停闭锁及综采工作面的语音广播和人员通话；组合开关19安装在顺槽设备列车上，给综采工作面所有设备提供动力电源；工作面控制中心20、视频控制器21、语音通讯控制装置22、泵站控制系统23、泵站48安装在顺槽设备列车上。

图3是液压支架控制系统及安装设备的布置图。高清摄像仪24连接光端机25为一组，安装在液压支架顶梁上，每间隔3架安装一组，组与组之间通过光端机25相联接(见图1)，接入到安装在顺槽内的视频控制器21，再由视频控制器21接入工作面控制中心20内的综合监控平台上，进行工作面实时工况的动态全景展示；液压支架控制器33分别连接安装在顶梁28上的顶梁倾角传感器27、安装在掩护梁30上的掩护梁倾角传感器29、安装在四连杆32上的四连杆倾角传感器31、安装在底座41上的底座倾角传感器35、安装在护帮43上的护帮倾角传感器42、安装推移千斤顶39上的行程传感器40、安装在立柱37上的立柱压力传感器36、安装在立柱37上的红外发射器38、电磁先导阀和主控阀组34，通过各种传感器和电磁阀组来控制液压支架的各种动作，对准确描绘液压支架在综采工作面的姿态，从而反映出输送机的工作姿态，每台液压支架控制器之间通过总线连接，最后与液压支架服务器26相连接(见图1)，接入工作面控制中心20内通过综合监控平台和集中控制平台对液压支架进行监测和远程控制。

图4是链条自动张紧装置示意图。链条自动张紧装置由输送机机尾伸缩油缸44，伸缩油缸行程传感器45，液压阀组5，电磁阀46，伸缩油缸压力传感器47以及输送机尾监控装置6组成。液压阀组5和输送机尾监控装置6安装在机尾传动部3附近，电磁阀46，伸缩油缸压力传感器47安装在液压阀组5上。伸缩油缸行程传感器45安装在输送机机尾伸缩油缸44内。伸缩油缸行程传感器45、电磁阀46、伸缩油缸压力传感器47均接入输送机尾监控装置6，可在输送机尾监控装置6上设定油缸压力及行程的参数值，进行就地手动及自动控制，也可通过输送机尾监控装置6将链条自动张紧装置的数据上传至工作面控制中心20进行远程监测与控制。输送机开机前，通过液压阀组5上的电磁阀46驱动输送机机尾伸缩油缸44伸出，将链条自动张紧到设定的压力值，这时对应的伸缩油缸行程传感器45的油缸行程值作为参考点，输送机在工作过程中，如果监测到行程值有变化，伸缩油缸会动作将行程始终保持在参考点，从而保证链条的张紧力不变，输送机停机时，将伸缩油缸收回，使链条处于自然松弛状态，从而避免链条长期处于张紧状态，延长链条寿命，降低故障率。

本实用新型的原理是：位于顺槽设备列车上的工作面控制中心包括综合监控平台和集中控制平台。在综合监控平台内可以对工作面进行实时全景展示，对工作面的所有设备重要参数进行监测、历史数据存储、设置报警值、故障报警及诊断，根据各设备的参数值来对设备的状况进行预警和预判，将各种设备独立的控制系统信息进行融合，从而保障工作面所有设备的协调有序运行；在集中控制平台内可以对工作面所有设备进行远程单独以及联合运行操作，具有一键启动功能，从而使工作人员远离危险区域，实现工作面无人化。

综采工作面设备准备运行前，工作面控制中心对各设备的参数进行监测，所有设备的参数均在设定范围之内，无异常数据，达到运行条件，首先启动泵站系统，给各设备提供工作所需的乳化液及清水，接着控制链条张紧装置动作将链条张紧到设定值，之后下达指令按照破碎机、转载机、输送机、采煤机顺序起动，根据采煤机的运行轨迹，液压支架进行自动跟机，自动完成支架的收架、降柱、移架、升柱、推溜、打开护帮、自动调直等动作，采煤工作完成后工作面控制中心按照采煤机、输送机、转载机、破碎机的顺序进行停机，并控制链条张紧装置将伸缩油缸缩回，使输送机链条处于松弛状态，最后停止泵站的运行。

在采煤过程当中，通过工作面控制中心上的参数设定，采煤机可以进行自动定位、自动调高、速度调整、记忆截割等功能；液压支架通过推移千斤顶内安装的行程传感器可以控制支架推移梁的行程，进而控制采煤机的截割深度，通过安装在顶梁上的顶梁倾角传感器、安装在掩护梁上的掩护梁倾角传感器、安装在四连杆上的四连杆倾角传感器以及安装在底座上的底座倾角传感器，可准确反映出支架的姿态，并在工作面控制中心的综合监控平台上对液压支架及输送机的姿态进行二维及三维的展示，以便于工作人员进行远程人工干预；工作人员可以通过对高清摄像仪的远程操作，控制其角度来获得最佳的视频效果。

本实用新型的主要发明点是设计成功的工作面控制中心的综合监控平台和集中控制平台；应用高清晰无缝视频监控技术；通过安装在顶梁上的顶梁倾角传感器、安装在掩护梁上的掩护梁倾角传感器、安装在四连杆上的四连杆倾角传感器以及安装在底座上的底座倾角传感器，可准确反映出支架的姿态；链条自动张紧装置；凡与本系统结构类似的变换、改进等，凡是以变换安装位置和数量的各种变换，凡仅仅依靠变换不同型号设备进行控制的，均应落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种综采工作面无人自动化开采系统，其特征在于：系统包括采煤机(1)、输送机(2)、液压支架(3)、破碎机(14)、转载机(17)、组合开关(19)、工作面控制中心(20)、运输三机监控系统、视频系统、语音通讯控制系统、泵站控制系统(23)、泵站(48)、采煤机控制系统、液压支架电液控制系统、链条自动张紧装置；

所述的工作面控制中心安装在顺槽设备列车上，包括综合监控平台和集中操作平台，通过对综采工作面所有设备的工况监测、故障诊断、远程操作，实现综采工作面所有设备的无人化联合运行，提高采煤效率和采煤的安全性。

2.根据权利要求1所述的一种综采工作面无人自动化开采系统，其特征在于：运输三机监控系统包括输送机机尾监控装置(6)，输送机平行机头监控装置(9)、输送机垂直机头监控装置(12)、破碎机监控装置(13)、转载机监控装置(16)通过运输三机监控系统对运输三机进行实时监控，保证设备的正常运行。

3.根据权利要求1所述的一种综采工作面无人自动化开采系统，其特征在于：液压支架电液控制系统内液压支架服务器(26)与液压支架控制器(33)连接；液压支架控制器(33)与推移千斤顶行程传感器(40)、立柱压力传感器(36)、护帮倾角传感器(42)、红外发射器(38)、顶梁倾角传感器(27)、掩护梁倾角传感器(29)、四连杆倾角传感器(31)、底座倾角传感器(35)连接；液压支架控制器(33)还连接电磁先导阀和主控阀组(34)、通过电磁先导阀和主控阀组(34)控制液压支架推移千斤顶(39)和液压支架立柱(37)的动作；

其中根据顶梁倾角传感器(27)、掩护梁倾角传感器(29)、四连杆倾角传感器(31)以及底座倾角传感器(35)的测量角度可描绘出液压支架在工作面的姿态，可以对其进行更精确的远程控制。

4.根据权利要求1所述的一种综采工作面无人自动化开采系统，其特征在于：视频系统包括高清摄像仪(24)、光端机(25)、以及视频控制器(21)；高清摄像仪(24)、光端机(25)安装在液压支架(4)内，在工作面布置多组，将整个综采工作面的视频信息实时传输到安装在顺槽设备列车上的视频控制器内，再通过工作面控制中心综合监控平台对综采工作面进行远程监控。

5.根据权利要求1所述的一种综采工作面无人自动化开采系统，其特征在于：链条自动张紧装置包括输送机伸缩机尾油缸(44)、伸缩油缸行程传感器(45)、液压阀组(5)、输送机机尾监控装置(6)，伸缩油缸压力传感器(47)和电磁阀(46)安装在液压阀组(5)上，通过对油缸行程和压力的检测来控制伸缩油缸动作，自动调节链条张紧力。