Применение средств автоматизации в комплексно-механизированных забоях
Е.С.Виленкин, генеральный директор-главный конструктор фирмы «КОНТЕХ»
В последнее время применение систем сплошной выемки угля для многих компаний оказалось единственным жизнеспособным методом добычи, способным обеспечивать значительный валовый тоннаж при реалистически приемлемых ценах. Производительность порядка 50 тыс. тонн в неделю с угольной шахты лежит в пределах производительности современного оборудования комплексно-механизированных забоев. Крепи щитового типа обеспечивают простую адаптацию и удовлетворительно функционируют в большинстве шахт с различными горно-геологическими условиями. Такие крепи позволили разрабатывать пласты, в которых ранее исключалась возможность осуществления управления и контроля технологическим процессом выемки. В настоящее время они оказались базовым решением вопроса повышения производительности добычи в подавляющем большинстве шахт.
Мировые производители механизированных крепей основной упор делают на изготовление и поставку потребителям систем автоматизированной длинно-забойной выемки с дистанционным управлением, совместимых с очистными комбайнами, лавными конвейерами и насосными станциями. Со своей стороны, изготовители высокопроизводительных очистных комбайнов перешли на применение микропроцессорных средств автоматики для управления подачей комбайна, управления резанием по гипсометрии пласта и диагностики систем комбайна. И, наконец, все больший вес на рынке очистного оборудования приобретают поставщики комплексов, создаваемых «под ключ», т.е. по составу, техническим характеристикам, экономическим показателям, цене в наибольшей степени удовлетворяющих требованиям конкретного потребителя.
Задачи системной интеграции решают либо крупные компании производители базовых элементов комплексов (крепей, комбайнов и конвейеров), либо компании, обладающие значительно меньшими производственными мощностями, но более мобильные в части адаптации серийно производимых компонентов к пожеланиям потребителей.
Радикальным усовершенствованием в управлении механизированными крепями является введение систем электрогидравлического управления, которые в настоящее время получили дальнейшее развитие и обеспечивают автоматизированное передвижение секций по мере продвижения комбайна по лаве. Увеличение стоимости таких систем по сравнению с системами пилотного гидравлического управления быстро окупается вследствие значительного сокращения объема ручных операций, повышения коэффициента машинного времени. Кроме того, высокая скорость перекрытия обнаженной кровли позволяет эффективно использовать значительно возросшую рабочую скорость современных очистных комбайнов, обеспечивая тем самым рост производительности комплексов. Наличие предупредительной диагностики состояния машин комплекса и снижение объема ремонтно-профилактического обслуживания сокращают непроизводительные простои оборудования.
Сравнительный анализ систем управления крепью, результаты которого приведены на рис. 1, показывает, что, с ростом числа управляемых гидравлических полостей, секции крепи системы электрогидравлического управления с их неоспоримыми техническими преимуществами становятся эффективнее пилотного гидравлического управления и по цене.
Источником относительного удешевления является практически неизменный объем затрат на электронные блоки управления при более низком темпе роста затрат на исполнительные элементы (электрогидроклапаны, силовые гидравлические распределители и управляющие гидравлические соединения).
Важнейшим аспектом выбора типа системы управления крепью является обеспечение управляемости как каждой секцией и группой секций, так и взаимосвязанной системой «крепь-комбайн». Выполнение секцией операций в технологическом процессе выемки угля может представлять собой некоторую группу элементарных действий, протекающих одновременно или в определенной последовательности, инициируемых человеком-оператором, сигналами, поступающими от комбайна, сигналами датчиков, размещенных на секции. В системах электрогидравлического управления применение оптимальных алгоритмов выполнения операций, которые учитывают состав и технические характеристики комплекса, особенности горно-геологических условий добычи, принятые схемы технологических процессов, а также требования правил безопасности ведения работ, позволяет практически вплотную приблизиться к предельному уровню производительности комплекса без дополнительных аппаратурных затрат. В рамках таких систем наиболее просто решается задача синхронизации передвижения крепи с движением комбайна.
Основными критериями оценки эффективности системы управления крепью являются:
•надежность;
•живучесть — отказы в системе не должны приводить к простоям комплекса;
•отказоустойчивость — отказ любых элементов системы не должен вызывать несанкционированных действий оборудования комплекса;
•минимальные затраты на обслуживание;
•унификация состава оборудования;
•универсальность — возможность применения как для комбайновой, так и для струговой выемки угля;
•минимальные специальные требования к квалификации персонала;
•высокое быстродействие (производительность);
•простота адаптации к требованиям потребителя;
•устойчивость к вредным и мешающим воздействиям внешней среды;
•минимизация влияния субъективного фактора в процессе управления;
•оптимальная цена.
Фирмой «КОНТЕХ» (Москва) разработаны и изготавливаются для механизированных крепей системы электрогидравлического управления с блочно-модульной архитектурой, которая базируется на типовых конструктивных элементах с встраиваемыми электронными модулями, датчиках аналогового или переключательного типов, распределенных по лаве искробезопасных источниках электропитания и блочно-наращиваемых электрогидравлических исполнительных элементах. Спектр поставляемых систем охватывает диапазон от простейших систем с управлением каждой секцией с обеих сторон из-под соседних с ней секций до систем с автоматическим передвижением крепи по команде оператора или сигналам проходящего комбайна. Комплект аппаратуры управления для одной секции крепи приведен на рис. 2.
Отсутствие необходимости обслуживания электронной аппаратуры в течение всего срока службы позволяет поместить ее вне зоны прохода секций, при этом для подачи команд оператором используется малогабаритный портативный пульт управления с проводной или беспроводной связью. Обслуживание электрогидравлических исполнительных элементов ограничено только профилактическими операциями очистки элементов автономной системы фильтрации.
Использование датчиков взаимного положения секции и конвейера, а также реле давления позволяет осуществлять в автоматическом режиме весь цикл передвижения секций с контролем достижения предельных положений и поддерживать гарантированный уровень распора крепи. Передвижение секций производится без потери контакта с кровлей, что обеспечивает стабильность вмещающих пород и снижает зольность угля.
Встроенные электронные средства обеспечивают блокирование исполнения недопустимых или ошибочных команд оператора. В режимах автоматического передвижения крепи или выдвижения конвейера применяется предупредительная звуковая сигнализация.
Применение малопотребляющих электрогидравлических распределителей допускает одновременное включение на всей крепи до нескольких десятков электрогидроклапанов, повышая тем самым уровень управляемости крепи.
Распределенная система электропитания и децентрализованный принцип управления оборудованием позволяют даже в случае повреждения межсекционной кабельной перемычки сохранить работоспособность комплекса.
Разработанные фирмой «КОНТЕХ» системы электрогидравлического управления практически не требуют какой-либо конструктивной доработки крепи и поэтому, наряду с оснащением новых комплексов, могут быть использованы при модернизации комплексов с ручным или пилотным гидравлическим управлением, находящихся в эксплуатации на шахтах.
Стоимость этих систем составляет 15–18% стоимости крепи.
Системы электрогидравлического управления механизированными крепями очистных угледобывающих комплексов являются наиболее эффективным и универсальным средством повышения производительности комплексов, обеспечивая при этом значительное снижение трудозатрат на их эксплуатацию.
Созданные фирмой «КОНТЕХ» базовые элементы позволяют компоновать системы управления для крепей любого типа, учитывая конкретные требования заказчика, при минимальных вмешательствах в конструкцию секций.
Изготавливаемая в рамках кооперации предприятий оборонного комплекса аппаратура электрогидравлического управления фирмы «КОНТЕХ», обладая высокими показателями надежности и техническими характеристиками, соответствующими современным мировым аналогам, обеспечивает при значительно меньшей стоимости полное импортозамещение систем управления для механизированных крепей.
