“互联网 +”采煤机智能化关键技术探究

“互联网 +”采煤机智能化关键技术探究

刘 昆

陕煤集团神南产业发展有限公司 陕西神木 719300

摘要：随着我国经济在快速发展，社会在不断进步，为了响应煤矿无人化开采，我国在研究安全高效无人综合开采技术与装备上取得重大成果，推动煤炭行业机械化、自动化程度的进展，也使得安全系数大幅提高。根据采煤机智能化的的要求主要从以下几个方面技术进行研究采煤机的智能感知、控制、截割，远程可视化监控，综采物联网技术等方面进行研究，为实现无人化综采工作提供有利保障。

关键词：互联网+；采煤机智能化；技术研究

引言

煤矿产业是一个国家经济发展重点，但煤矿开采却是一个高危企业。目前大部分煤矿开采工作仍为人工开采，受瓦斯爆炸，煤矿坍塌，地下水喷发等潜在威胁影响，工人的生命安全受到了巨大威胁。因此，将“互联网+”技术和智能无人采煤机结合，构建无人化综采工作面，实现煤矿无人开采的前景十分广阔。下文就如何构建无人综采工作面和智能采煤机涉及的截割控制，姿态控制，牵引速度控制，远程监控技术及与物联网的综合利用等方面进行介绍。

1我国采煤机智能化及辅助设备技术的发展及现状

1.1采煤机智能化技术

目前我国对于煤的开采方式主要是深井开采，煤矿中还含有很多的化学元素，在地下深处经常会有含量不等的瓦斯存在。瓦斯在深井这种相对密闭的空间中如果遇到明火或者高温热源，很容易发生爆炸，造成人员伤亡，同时还需要进行事后处理，严重影响开采进度。工人在井下作业也会因为长期待在不好的环境中，对其身心造成不良影响。尽管现在我国采煤的设备是采煤机，但是在实际开采过程中，还是需要人工操作，为了避免开采时可能造成人员伤亡，研发人员已经在积极开发高端技术。目前采煤机智能化技术的发展方向在于利用预设程序和指令让系统能够对井下环境进行感知，并且通过互联网技术将信息传递给地面控制端，这样工作人员就能在不深入的情况下也能快速得知井下的具体情况，并根据实际情况设计出最佳的开采方案。

1.2采煤机智能控制主要技术

1）截割状态控制机综采智能化的控制环节中，截割状态控制尤其重要。一般来说，采煤机都需要借助于破碎的方式来将大块煤分割为小块，很多时候需要借助于启动保护以及连锁保护的方式来避免破碎单位运行过程中失控的情况，提升了设备的安全性。2）姿态状态控制机在采煤机正常使用过程中，需要经常性的对滚筒的高度进行调整，这个过程与采煤机的行车姿态具有密切的关系，如果牵引速度以及液压支架的移动没有得到很好的协调，那么必然会导致姿态状态的控制工作难以落实。3）牵引状态控制机借助于总线技术来进行采煤机变频牵引与控制是牵引状态控制机的主要任务。一般来说牵引状态控制机会借助于主从控制单元来进行频率调整，通过变频器跟随的方式来达到预期的效果。在牵引单元控制模式中，外部的端子可以实现启停与加速控制的效果。在远程控制的环节中，消息模式的主从控制可以通过变频器的状态转变来实现，整体精度尚可。4）自动纠偏技术智能化采煤机在使用过程中需要利用地理信息系统进行定位，这个时候姿态也需要进行及时的调整，这个时候就需要借助于自动化的纠偏技术来实现相应的效果。主要包括以下几个方面的步骤：首先，建立相应的地理坐标系，并结合采煤机的轨迹建立相应的数学模型，包括的内容有断层、复杂地质构造以及其他类型的模型；其次，3次样条曲线可以得到相应的界面曲线，进而得到具体的顶板曲线，这些可以为纠偏提供参考；最后，结合采煤的技术工艺要求来进行循环坐标变换和修正，从而实现自动纠偏的效果。

1.3远程可视化监控技术

在煤矿井下危险环境下，需要建立可视化的远程监控技术，以确保采煤机无人控制作业的安全性。因此，完成了井下防爆型摄像机和防爆型多路视频服务器研制，开发了图像增强以及防抖动软件、视频采集、压缩和转换软件、3DVＲ数字化平台等。1）采煤机远程控制系统架构采煤机远程控制功能包括采煤机状态远程监测、电动机启停控制、采煤机参数化控制、截割路径规划、采煤机传感信息融合和本地远程控制器同步互锁等。远程监测功能实现各控制单元的运行参数、保护、报警事件的监测。机载控制层负责传感信息的采集、本地操作信号的响应、逻辑控制单元的操控、数据通信和同步互锁等工作。机载控制器通过无线MESH网与远程控制系统及各传感器连接。网络层主要负责采煤机运动过程的无线MESH网络漫游、工作面－地面控制系统冗余网络连接以及地面冗余以太网通信等工作。在远程控制层中，远程PLC控制器负责采煤机的远程操控、逻辑控制单元管理、有限状态机操作保护、振动传感器通信、同步互锁等工作。WinCC监控系统负责提供远程人机操作交互界面、截割路径执行、传感信息的融合与预警、报警故障事件信息响应、数据归档等功能。2）采煤机远程控制的3DVＲ平台为了真实再现采煤机的工作状态，中国矿业大学开发了基于3DVＲ技术的采煤机远程控制数字化平台。利用实时数据归档技术将采煤机的状态参数保存在归档数据库SQLServer中，3DVＲ平台通过调用数据库中的采煤机参数，实现采煤机三维虚拟样机模型的实时驱动，并可以通过远程监控平台实现控制指令的下发，通过归档数据库、WinCC监控系统以及远程控制器，将控制指令传输到采煤机的本地控制器，实现采煤机的可视化远程控制。

1.4刮板输送机智能化技术

刮板输送机的在煤矿开采中的主要用途在于将煤一层层的刮下来，刮下来的部分才能够交由另外的设备从开采区域运出来，功能类似于挖土机，否则人力开采劳时费力。在互联网+条件下，其智能化的发展方向有以下几点：首先是启动方面，传统的刮板机强行启动或者启动不当时，有可能会出现各种问题，如果能为其添加一个启动管理程序，就能在很大程度上避免这样的问题；其次是链条收缩，对工作人员来说不能完美把控链条收缩进给量，但是对机器来说却不然，通过预设程序机器能够在需要的时候自动控制链条的进给，实现安全操作；最后是信号传输，自动工作的设备添加信号传输功能能够让工作人员随时可以对当前的工作情况进行检测，出现问题也能随时通知叫停，大大增加了开采的安全系数。

2煤炭行业的发展趋势

随着我国经济不断发展与经济模式的转变，煤炭行业也面临着巨大转型，由粗放型向集约化、精细化方向转变，由于我国现阶段多数煤矿仍以井下工人开采为主的采煤模式，井下环境恶劣，危险性高，每年都有数百的矿工失去生命，所以互联网+智能化开采成为煤炭安全高效开采的发展方向与必然趋势。

结语

智能化采煤机是一种井下无人驾驶综采核心装备，它融合了自主定位、自主纠偏、煤岩自主感知、截割自动调髙、故障自主诊断等高新技术，是未来无人化采煤技术革命的基础。２）基于地理信息系统（ＧＩＳ）的采煤机定位定姿技术是智能化采煤机的核心技术突破，它嵌人多参数融合的煤岩界面识别技术之后，成为井下无人驾驶采煤机的自适应导航系统。３）构建井下综采机组物联网是煤矿无人化综采工作面的关键技术构架，目前在感知层上仍然存在薄弱技术环节，亟需协同创新予以突破。

参考文献

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