煤矿采煤系统智能控制技术研究

煤矿采煤系统智能控制技术研究

张亚楠 李崇 牛超

山东义能煤矿有限公司 山东省济宁市 272500

摘要：近年来我国综合国力的不断增强，促进科技水平的提升。随着我国科学技术的进步，煤矿开采逐步向机械化和自动化发展，目前有部分大型矿井已经实现了综合自动化采煤。由于煤矿开采的特殊性，煤矿虽然实现开采机械化，但是设备的启停和维修仍需要现场操作，并且设备监控点多、布置分散，需要建立完善的远程集中智能监控系统，实现对重要采煤设备的故障报警、诊断以及运行状态的实时控制和监测。本文就煤矿采煤系统智能控制技术展开探讨。

关键词：采煤系统；监控系统；智能控制

引言

科技的飞速发展使许多先进技术都被应用到煤矿开采中，在具体开采期间，要做好综采工作面智能开采关键技术的探讨，进而为煤矿开采提供支持，提高煤矿产量。

1系统总体架构

煤矿采煤系统智能控制技术主要由各类传感器、本安型就地操作箱、采煤机装备集中PLC智能控制柜、控制计算机、客户端、数据服务器等组成。（1）各类传感器。主要采集胶带机、破碎机、转载机、刮板输送机和采煤机等设备的实时信息，实时信息包括压力、温湿度、电压、电流、其他故障信息。（2）本安型就地操作箱。主要为操作人员提供显示屏幕，将采煤设备的运行信息显示在屏幕中，便于操作人员及时掌握现场设备的运行情况，而且能够根据操作箱的旋转开关，实现采煤设备检修、就地、远控的切换，并实现设备就地启停。（3）采煤机装备集中PLC智能控制柜。是系统的核心监控设备，能够提供模拟量采集接口、通新接口、I/U接口等，支持标准的RS}85通信协议和以太网，可以实现对采煤设备的运行状态的采集、传输和处理。（4）控制计算机。包括2台计算机(一用一备)，其监控软件可以实现对采煤设备的信息的存档和处理，其WINCC组态界面可以实时浏览工作面的运行信息。（5）客户端。客户端可以通过平板电脑、智能手机、计算机等，浏览煤矿采煤设备的实时运行信息，还可进行信息查询。（6）数据服务器。主要是负责对采集的数据进行汇总、处理、储存和发布等，通过以太网和监控室的组态软件进行通信。

2智能化综采工作面技术特征

站在智能化综采工作面技术特点下，主要体现在以下几个方面：第一，液压支架智能化控制。该部分主要涵盖支架与围岩耦合监测控制等几个部分，通过较长时间的观察可以看出，能够保证过程自行决策的基础上，也能够达到智能化调节的效果，最为关键的是[2]，期间还能够很好的改变过去传统喷雾等的模式，达到智能化操作的效果；第二，从采煤机设备下来看，在进行定位过程中，也能够达到极高精确性的效果，伴随着自身学习以及智能化运行轨迹下，过程中存在的一系列的安全隐患，也能够达到有效躲避的效果。与此同时，站在地区煤矿企业日常生产需求量目标下，也能够做出妥善的生产计划方案，达到各项决策智能化效果的同时，做出有效的远程控制与监管工作；第三，对于应用的工作面运输设备来讲，最大的特点就在于电气软启动以及负载等方面的特点，对故障实施针对性诊断的同时，还能够达到有效把控通信以及自动化控制的效果。

3煤矿开采面临的问题

1. 作业面环境恶劣，摄像仪器在应用过程中的清晰度容易遭受水雾、粉尘等各项因素影响，特别是逆风采煤时，操作人员无法看清煤岩界面的具体情况，因此，采用远程视频对采煤机运行状态干预难度较大。（2）液压支架在具体应用时难以达到理想效果，其只可以被应用在作业面阶段性应用，不能将其作为一种主流模式长期运行，只能被用于少数矿区内，造成这一问题的原因是采用的支架跟机自动化程序，以及参数及流程都过于单一，难以适应多变作业面环境。（3）采用记忆截割技术时，采煤机在运行时无法适应作业面煤发生的变化，因此，采煤机记忆切割只能适合应用在条件相对简单的作业面上。（4）缺少监控系统，在采煤期间，仍需要现场作业人员依据作业面具体情况，采取人工方式对煤矿开采中采用的各项设备调整。

4智能化综采技术

4.1采煤机自动化开采工艺

面对采煤机设备，其中人员在安装传感器时，需要设置在牵引部分上，借助数据处理模块的计算功能，对设备上所有数据加以精确性的计算，进而为接下来采煤机设备精确定位提供有力帮助。通过实际调查发现，在之前我国大多数地区煤矿企业日常生产过程中，经常会出现不彻底的回刀扫煤或者是推遛等的问题，极大的阻碍了正常采煤效率的同时，也不利于煤矿企业经济效益的提升。面对该种现状下，地区煤矿企业可以按照自身生产现状下，研发出先进的采煤工艺记忆截割程序，鉴于设备工作面运行当中，能够自行记忆截割运行。

4.2液压支架

液压支架分为两柱式液压支架和四柱式液压支架两种，常用的两柱式液压支架基本机构由二级护帮、一级护帮、护帮板千斤顶、顶梁、平衡千斤顶、掩护梁、前／后连杆、底座、支柱以及推移装置组成。从功能角度，液压支架由电液控制系统和液压支架两部分组成，由电液控制系统控制完成液压支架的各种动作。液压支架机构中的护帮板用于支撑煤壁顶部，防止落煤甚至塌方；护帮板／平衡千斤顶用于液压支架动作时的临时支撑；推移装置主要完成液压支架的推溜动作，即推动刮板输送机完成一个步距的移动。基于总线通信方式姿态传感器测量系统，要将液压支架、顶梁、连杆底座地等各个位置处安装姿态传感器，通过对其进行应用，完成对横轴和轴承方向各项角度数据的测量，同时，差距传感器总线利用各自测量的角度数据精准的传输到液压支架控制器。液压支架控制器全面结合支架主体结构件机械模型，对液压支架底座、互帮状态、支架高等各项信息内容加以计算，取得精准的计算结果，通过动态方式监测液压支架姿态情况；通过动态方式控制支架的具体状态，更好完成开采作业。

4.3远程控制技术

当前行业人士研究了一种远程控制技术，主要就是能够整合地面远程干预综采体系下，灵活的运用综采设备控制系统、工作面视频监控系统以及井上下数据通讯系统等多方面的性能。站在地面监控系统下进行分析，常见的有计算机、远程控制系统、地面语音系统等多个部分，其中针对综采设备信息或者是其他数据来讲，能够很好的作用到井下部分的数据通讯系统当中，整合井下与井上两个结构的环网，将获取到的数据信息传输到地面监控系统当中，因为从地面监控系统下出发，能够围绕综采设备信息及其监视到的画面内容，灵活的控制好井下的综采设备，不仅能够智能化启动与开关，而且也能够实现对整个设备运行过程中精细化的监督与管理，如果在设备运行过程中出现故障问题，此时也能够第一时间的报警，提醒内部工作人员能够及时的进行处理与诊断，最为关键的是，过程中所有环节留下的数据信息，能够及时的做好存储工作，不容易丢失的同时，给后期人员日常工作的良好进行提供有力数据支撑。远程自动化控制系统也能够实时将监督的画面传输到地面监控中心，营造良好的生产氛围，可将井下监控中心的设备从煤安设备变为地面工业设备。

结语

煤矿井下综采工作面生产环境恶劣，传统作业时，需人工查看设备运行状态、运行姿态是否正确，导致生产效率低下，无法实现连续生产。综采工作面智能化控制系统实现设备的姿态协同、性能协同并可在顺槽集控中心完成对设备的监测和控制，提升了“三机”设备的工作效率。

参文文献

[1]范凯.煤矿综采工作面智能化技术与设备的发展[J].山西煤炭,2020,40(03):16-18.

[2]王学文.煤矿智能化开采技术创新与管理[J].煤炭学报,2020,45(06):1984-1996.

[3]温钦杰.关于煤矿智能综采工作面安全高效开采适应性评价分析[J].中国石油和化工标准与质量,2020,40(09):107-108.