煤矿综掘远程控制技术的分析与研究

煤矿综掘远程控制技术的分析与研究

许元庆

（淮北矿业集团袁店二井煤矿，安徽亳州 233665）

摘 要：巷道掘进技术是煤矿安全生产的重要保障，鉴于煤矿井下开采环境及地质条件，综掘技术在满足安全生产需要方面亟待提升，针对目前煤矿综合掘进机运行效率低、安全性差、智能控制功能不强等缺点，在传统控制系统的基础上，对综合掘进机的电气控制系统、液压系统和远程监控平台进行提升，以改善安全环境，提高掘进效率，通过对智能综掘配套技术进行分析研究，同时构建掘运支系统网络，实现综掘实时监控和远程控制功能，确保综掘实现智能远程、精确操作，从而实现施工巷道的一次性成巷，提高挖掘效率和水平。

关键词：综掘机；配套技术；远程控制；安全生产

0.引言

在煤矿综掘生产过程中，会使用各种类型的设备，如掘进机、带式输送机等。但是由于缺乏统一的控制系统，所以大部分设备都是在手动控制下独立工作，并且由于控制顺序不一致，开启步骤不同，经常会出现一些设备在综掘面上待命的问题，这不仅严重影响了煤矿井下综掘的正常运行，还大大降低了综掘的效率。因此，在充分分析所有设备协同作业过程的基础上，提出综掘智能控制系统。通过远程集中控制技术，对所有设备的综合挖掘作业状态信息进行统一汇总分析，制定协同作业方案，通过人机环境协同控制技术实现所有设备的协同作业，满足综掘技术智能化建设的需要。

1.国内综掘技术发展状况

随着煤矿智能化建设步伐的加快，国内多家煤矿企业纷纷采用了大采高综采工作面智能人机协调控制、中厚煤层智能无人综采等智能控制系统，但对于综掘机的智能控制技术发展水平还处于刚刚起步阶段，目前国内不少煤矿的综采掘进机作业仍以现场驾驶室人工操作为主。井下工人的安全不仅得不到有效保障，而且劳动强度高。同时，掘进效果受人为因素影响较大，巷道断面成形质量较差。综采机智能无人控制技术在国内的发展还处于起步阶段。一些基于PID算法的控制系统可以实现综采机简单的控制和监控功能，但不具备通过煤岩自动识别实现自适应切割和精确定位位置姿态的功能，所以综掘智能化程度亟待提高。

2.智能综掘配套技术

2.1智能化综掘技术配套系统选择。从综掘机的地面远程控制台，到井下远程操作台，再到遥控发送器，综掘配套技术要实现智能化的远程控制，需要多方面多角度进行建设，采用位移传感器以及本安型电源接入有线以太网，实现数据的安全有效及时传输，具体的系统配置如图1所示。

2.2掘、运、支一体化智能控制系统

2.2.1地面远程控制子系统建立。分别由地面远程控制台和控制系统软件组成，控制台放置在井下操作硐室或者地面集控中心室，操作人员位于井下或者地面，通过观察显示器图像和掘进机状态信息，远程控制掘进机工作。控制台由高性能主机服务器、49寸 HDR曲面液晶显示器、掘进机智能操作箱、协议栈网关、 掘进机主机控制器等配套组成，可实现掘进机图像监测、状态监测、远程控制、巷道定位、自动掘进等功能。

2.2.2井下远程控制子系统配套。由矿用本安型操作台、矿用隔爆兼本安型直流电源等组成，操作人员位于井下硐室内，通过观察显示器图像和掘进机状态信息，井下远程控制掘进机。系统由操作台、22寸液晶显示器、7寸状态显示器、硬盘录像机、矿用本安型电源等组成，通过观看掘进机视频和运行状态信息，远程控制掘进机工作，实现对井下地质状态的智能感知、对掘运支设备的智能控制、对系统运行状态的自动巡检和故障报警，控制系统整体结构如图2所示。系统首先通过边缘传感层分析总结地质条件，并将信息传输到决策层。同时，设备运行状态传感系统将综掘运行参数信息传输到平台决策层，通过逻辑确定整体运行状态，将结果发送到设备执行层，控制综掘设备完成智能切割、支撑、远程监控等，同时远程运维层，主要用于系统整体运行状态的动态监控，当设备运行参数出现异常时，将及时报警和故障定位，以便监测人员第一时间处理，减少设备停机和维护对井下综掘的影响，提高设备运行稳定性和井下综掘效率。

3.系统关键部件

3.1电控箱。电控箱是远程智能监控系统重要组成单元，监控系统电控箱一般采用S7-200系列PLC，实时分析掘进机电机运行参数、瓦斯浓度等监测参数，监测结果通过液晶屏（TD210）显示；电控箱处理参数可由 PLC-M1模块传输给远程控制平台，在控制平台即可直接掌握掘进机工作参数，具体远程智能控制系统电控箱控制原理如图 3 所示。

3.2直线传感器。选用 KS20直线传感器提高油缸位移监测精度，该传感器位移监测量程0到650mm、精度0.01%，输出信号电流5到20mA，控制箱结构为本安隔爆型。现场应用后该远程智能控制系统可实现远程信号监测、显示，掘进机状态监测、工作参数显示以及故障异常报警等功能，同时上位机显示界面清晰、掘进机监测参数显示精准。

3.3远程操作台。远程操作台功能模块包括有PLC-M1模块、液晶显示屏、操作面板等，其中PLC-M1模块包括CPU224XP、EM221的DI 输入模块，可实时接收电控箱信号并将操作面板控制指令发送至电控箱，在控制面板上有截割停止、转载启动、油泵启动、复位以及急停等功能按钮，通过面板实现掘进机远程控制。

4.结论

综上所述，综掘远程控制系统由地面到井下全方位进行控制，可实现对掘进机远程操作以及监控，不仅可降低作业人员劳动强度，而且有助于提高掘进作业安全保障能力以及作业效率，能够达到现场安全、高效、智能的使用效果，具有很好的应用价值，需要注意的是井下恶劣环境中的可视化技术、掘锚一体化技术以及复杂地质环境下掘进机的姿态、动作调整等，仍是综掘智能化需破解的难题。

参考文献：

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