Механизированная крепь является наиболее сложным звеном автоматизации, что объясняется большим числом взаимосвязанных кинематических объектов секций крепи, подлежащих управлению, значительным объёмом информации об их состоянии, тяжёлыми условиями эксплуатации секций крепи в лаве.
Автоматическое управление механизированной крепью сводится к последующему выполнению следующих операций:
– разгрузка секций крепи;
– подтягивание секций к конвейеру;
– распор стойки;
– передвижка забойного конвейера.
Требования к техническим средствам автоматизации и системам
управления механизированных крепей
В общем случае технические средства автоматизации и системы управления механизированными крепями в составе мехатронных комбайновых и струговых механизированных комплексов должны обеспечивать[1]:
- координированную с местоположением очистного комбайна или стругового исполнительного органа автоматическую передвижку секций крепи и рештачного става забойного конвейера по заданному алгоритму в соответствии с принятой технологической схемой работы комплекса;
- блокирование передвижки секции, если очистной комбайн или струговый исполнительный орган находятся от нее ближе заданного расстояния, а также в случае нераспора каждой из двух соседних секций;
- отключение подачи комбайна или стругового исполнительного органа, если обнажение кровли за ним больше заданной величины;
- отображение контрольной, оперативной и аварийной ситуации на центральном пульте управления (о начале и конце передвижки каждой секции с указанием положения секции относительно конвейера, о распоре передвигаемой и соседней с ней секции, о целостности магистральных жил управления крепью и др.);
- фронтальную передвижку забойного конвейера по всей длине лавы (в случае использования заказчиком данной технологической операции);
- программное управление передвижкой конвейера на участках самозарубки комбайна;
- возможность выдачи информации в систему диспетчерского контроля АСУ ТП шахты.
Для гибкой адаптации управляющих воздействий к изменяющимся горно-геологическим и горно-техническим условиям очистного участка целесообразно, чтобы в подсистеме автоматизированного управления механизированной крепью также дополнительно была заложена возможность выполнения следующих операций:
- автоматизированная передвижка секций крепи и рештачного става забойного конвейера по заданному алгоритму в пределах выделенной группы секций с автоматическим запретом передвижки в зоне нахождения очистного комбайна или струга;
- автоматизированная передвижка отдельной секции по заданному алгоритму;
- дистанционное пооперационное управление исполнительными гидроцилиндрами отдельной секции;
- аварийное отключение управления крепью.
Указанные операции должны выполняться с постов управления, расположенных на секциях крепи, и с центрального пульта управления, установленного на штреке. При наличии в секционных пультах управления соответствующих радиоприемников эти операции могут выполняться также по команде, подаваемой оператором непосредственно из лавы с помощью переносного пульта машиниста крепи по беспроводной связи.
Перечень и характеристика основных технических средств автоматизации и систем управления механизированных крепей
Существующие технические средства автоматизации и системы управления механизированными крепями делятся на две группы:
а) локальные средства контроля параметров механизированных крепей, например:
– устройство контроля гидравлической системы механизированной крепи типа АК1-2М предназначено для автоматического контроля герметичности гидравлической системы крепи, контроля расхода в гидромагисталях, автоматического управления насосными станциями, отключения насосных станций при порыве трубопроводов;
– устройство БУС-2 позволяет отсекать подводимое рабочее давление после операций управления крепью, тем самым сохраняя различные элементы гидравлической системы от повышенного эрозийного износа.
б) системы централизованого управления механизированной крепью с откаточного штрека.
в) системы мониторинга состояния забойной механизированной крепи.
Типовая система централизованого управления механизированной крепью обеспечивает:
- автоматическую передвижку секций крепи при работе комбайна с поддержанием в заданном диапазоне допустимой величины обнажения кровли от 2 до 10 м в зависимость от горно-геологических условий;
- дистанционное (с соседней секции и центрального пункта) включение секций крепи на передвижку с совмещением операций по разгрузке и передвижке;
- обход по команде оператора секций крепи, не выполняющих цикл автоматической передвижки;
- контроль целостность и изоляции линии связи;
- стоп – автоматическое прекращение передвижки крепи с любого поста управления.
Структурная схема типовой системы централизованого управления механизированной крепью приведена на рисунке 1 [8].
Рисунок 1 – Структурная схема типовой системы централизованого управления механизированной крепью
На рисунке 1 обозначено: 1 – блок контроля и управления; 2 – аппарат управления; 3 – датчик положения крепи; 4 – гидрорасперделитель; 5 – кнопочный пост управления; 6 – модулятор.
Блок 1 располагается на откаточном штреке. Предназначен для питания устройств автоматики, выбора режима работы (автоматический, дистанционный или местный); для блокировки устройств при отсутствии давления в гидросистеме; для выбора направления передвижки секций (вверх/вниз по лаве); для контроля ЛС;
Аппарат 2 совместно с кнопочным постом 5 служит для подачи сигнала на передвижку секций крепи (путем подачи напряжения на гидроклапан ЭКУ-1М гидрораспределителя 4), автоматической передвижки секций крепи в пределах заданной группы, а также для индикации работы отдельных узлов схемы. Данные устройства расположены в лаве возле секций крепи.
Возможна передвижка группами. Число секций в группе определяется горно-геологическими условиями и равняется 5-7 секций в группе. Передвигаемые секции должны находиться в зоне видимости оператора крепи. Для образования группы секций к аппарату управления 2 последней секции не подключается датчик положения 3. Эта секция включается не автоматически, а дистанционно, при нажатии на кнопку Пуск на посте управления предыдущей секции.
Датчик 3 служит для контроля положения секций крепи (переднего положения). Представляет собой магнито-герконовый контакт, который с помощью специального кронштейна устанавливается на головке штока гидромонитора передвижки секций крепи. Модулятор 6 – коммутирует в ЛС ток, определенной величины с постоянной частотой. подключается к последнему аппарату управления последней секции.
Принцип действия схемы заключается в следующем. По мере продвижения комбайна и обнажения кровли последовательно передвигаются секции с отставанием от верхнего шнека комбайна не более чем на 1,5м. для включения секций крепи на передвижку оператор нажимает кнопку «Пуск» поста 5 на соседней секции. При этом включается электрогидрораспределитель и секция с подпором подтягивается к конвейеру. После чего срабатывает датчик 3 и осуществляется распор секций. Затем сигнал автоматики передается на пост 2 следующей секции и цикл повторяется. При необходимости временного прекращения передвижки – возможно путем нажатия на кнопку «Стоп» любого поста управления. Контроль за передвижкой секций относительно комбайна производится оператором визуально, а контроль за работой аппаратуры осуществляется с помощью индикаторов, которые находятся на аппарате 2.
Одной из современных систем для автоматизации забойной механизированной крепи, является комплект технических средств системы мониторинга забойной механизированной крепи, разработанный в ОАО «Автоматгормаш им. В.А.Антипова»[2]. Комплект обеспечивает:
1. Автоматический контроль давления в стойках секций крепи.
2. Автоматический контроль переднего положения секции крепи.
3. Автоматический контроль давления в напорной и сливной магистралях вдоль лавы (в девяти точках, в том числе и в конце лавы).
4. Визуализацию информации о состоянии забойной крепи на штрековом устройстве, в т.ч.: переднее положение секции; давление в стой-ках секций; давление в напорной и сливной гидромагистралях вдоль лавы.
5. Хранение информации в штрековом устройстве о состоянии забойной крепи и возможность передачи этой информации в общешахтную информационную сеть.
Комплект средств состоит из штрековой части и устройств, размещаемых на секциях механизированной крепи в лаве.
На штреке размещаются штрековое устройство и модуль энергопитания штрекового устройства.
На каждой секции крепи размещаются датчики давления в стойках секций крепи, датчик переднего положения секции с блоком магнитов, коммутатор и пост секционный.
Дополнительно в лаве размещаются датчики давления в напорной и сливной гидромагистралях, коммутаторы и посты секционные. Эти устройства размещаются через каждые 15 секций крепи и в конце лавы и питаются от модулей энергопитания группы секций, в зоне которой находятся.
Информация, поступающая в контроллер штрекового устройства, обрабатывается, сохраняется в памяти и выводится на дисплей с возможностью просмотра нужных информационных окон, например, отдельной группы или конкретной секции.
Состав комплекта технических средств системы мониторинга забойной механизированной крепи для лавы длиной 250 м следующий:
- пост секционный, шт. - 160 (включая ЗИП);
- коммутатор, шт. - 160 (включая ЗИП);
- датчик давления, шт. - 320 (включая ЗИП);
- датчик положения, шт. - 150 (включая ЗИП);
- блок магнитов, шт. - 150 (включая ЗИП);
- модуль энергопитания секционный, шт. - 28 (включая ЗИП);
- штрековое устройство, шт. - 1;
- модуль энергопитания штрекового устройства.