煤矿综采工作面智能化系统的设计

煤矿综采工作面智能化系统的设计

郭晓栋

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摘要：对高山煤矿综采工作面智能化技术进行了全面、系统的研究,重点阐述了综采工作面智能化控制系统技术方案及关键技术,介绍了综采工作面各个智能化控制系统的技术路线以及目前综采工作面智能化存在的问题。智能化控制系统实现了液压支架自动跟机、采煤机记忆截割、远程集控与监控等功能。

关键词：采煤机智能化；支架电液智能化；视频监控远；程运维系统

1综采工作面概况

高山煤矿1095综采工作面设置在一采区，走向长度400m，采面斜长（切眼长度）160m。平均煤层厚度2.7m，为高瓦斯、高突矿井，煤层沿走向有较大起伏，形成仰采5°～7°，最大俯采角度15°，煤层斜向倾角17°～30°，局部最大35°。

工作面主要配套设备：108架ZY6800/18/40D型液压支架，1台MG300/720-AWD型采煤机，1台SGZ730/2X250型刮板输送机，1台SZZ730/160型转载机，1台PLM1000型破碎机，1套BRW400/31.5型乳化液泵系统，1套BRW250/10型喷雾泵系统。

2综采工作面智能化控制系统技术方案

以先进可靠的电液控系统、三机语音通信系统、泵站智能集控系统、采煤机控制及精确定位系统为基础，以顶板压力检测系统、大型设备故障诊断系统、安全监测监控系统和工作面视频系统为保障，以工业总线网络为通道，以大数据分析和处理为依据，以高端集控设备为平台，以实现井下集控、地面远控为目标,达到具有主动感知、自动分析、智能处理的安全、高效、节能、少人化的智能综采工作面效果[1]。

3综采工作面智能化控制系统关键技术

3.1采煤机智能化控制系统

前期MG300/720-AWD型电牵引采煤机无法满足综采工作面智能化要求，另外煤层沿走向有较大起伏，采煤倾角较大甚至达到35°，这对采煤机工况准确了解提出较高要求，通过加装上海煤科采煤机智能化系统的传感器检测系统，如摇臂温度检测、牵引箱温度检测、泵箱温度检测、油箱油位检测、背压压力检测、电缆张力检测、摇臂摆角角度检测、采煤机位置检测等传感系统，经过本安型传感中心模块集成，并根据采煤机自动跟机视频监控系统，保证监控人员能够实时掌握综采工作面各个子系统设备的现场情况，并及时对综采工作面系统设备进行远程干预，减少工作面事故发生，保障煤矿正常生产[2]。

采煤机加配的摇臂摆角传感器和采煤机位置传感器可以精确测量采煤机姿态，并与记忆截割学习模式相结合，采煤司机现场教学，截割滚筒根据记忆学习截割工艺，在采煤工作面内完成一个记忆截割循环。在记忆截割过程中，可以随时在线调整滚筒摇臂角度，以适应采煤工作面的变化。采煤机与顺槽通讯器之间采用高速调制通信技术，顺槽通讯器到安装在顺槽集控中心的远程监控主机采用光纤通信，以FSK载波技术实现采煤机数据与远程监控主机的实时双向通信；上位机提供支持ModbusTCP协议或者CAN总线协议的通信接口，通过该接口与第三方集控计算机相连，允许第三方监控计算机监视采煤机当前运行参数，能通过提供的协议命令操作控制采煤机行走、截割，并能紧急停止采煤机以及控制记忆截割功能的开启和退出[3]。

3.2支架电液智能化控制系统

工作面支架采用中盘重装生产的ZY6800/18/40D型支架，配套天玛智控生产的电液控制系统，每个支架配备FHDA500/31.5型电液控换向阀、ZDYZ-Z(C）型电液控制装置控制器、ZDYZ26-Q(B)型电磁阀驱动器，每隔6架安装1台集成耦合器和电源功能于一体的稳压电源箱，每隔6架安装1台交换机等设备组成电液控制系统；通过加装立柱压力传感器、推移行程传感器、倾角传感器和测高传感器组合等传感系统实现支架智能化控制，实现电液控制系统对立柱工作压力、推移千斤顶行程、支架顶梁姿态和高度的监测；每台液压支架配备1台红外线接收装置，与安装在采煤机中部的红外线发射器实现联合自动动作。

3.3视频监控与工业以太网系统

工作面视频系统通过综采工作面和运输巷道固定点安装350°旋转、分辨率为1920×1080的云台摄像仪，经过综采工作面千兆以太网传输，保证视频数据传输的高速性和及时性，实时监控综采工作面及运输机情况，将人的视觉从顺槽直接延伸到综采工作面。视频监控系统根据采煤机的运行位置和方向，采煤机画面在视频监视器上自动切换云台摄像仪跟随采煤机[4]。

工业以太网系统主要由每6个支架配备1台矿用综采综合接入器和网络交换机等设备组成，工业以太网系统具有Vlan划分功能，将综采工作面数据流与视频等信息分开，并对各个子系统网络中非重要数据进行流量限制，保证重要数据获得足够网络资源进行传输。以TCP/IP通信协议方式将综采工作面的工业以太网系统连接到顺槽集控中心和矿井地面环网，实现工作面综采设备和综采工作面自动化控制系统在同一个网络进行通信控制，实现集远程集中控制、语音、视频为一体的综采工作面自动化控制系统。

3.4集控中心控制系统

集控中心控制系统是整个综采工作面协调机制的大脑，将多种技术（如控制、以太网、视频、通信等）应用于综采工作面，将支架电液控制系统、采煤机自动化控制系统、工作面运输控制系统、三机通信控制系统以及智能集成供液系统有机结合，实现对综采工作面设备的协调管理与集中控制，实现工作面采煤机、运输三机和液压支架等设备的联动控制和关联闭锁等功能，具有自动化系统故障自诊断功能（包括对采煤机、液压支架、运输三机、泵站、输送带控制的故障诊断）、故障类型显示、语音提示、管理等功能。

4智能化开采存在的问题

根据国内外目前智能化开采现状以及应用情况，可以总结出智能化开采存在的一些问题：

井下采煤工作面环境复杂，煤灰和水雾浓度大，会影响摄像仪的清晰度，尤其在逆风开采时很难分辨出采煤机、液压支架、刮板输送机等设备的运行状况，因此在实际开采中仍然存在人工现场干预。目前摄像仪清洗不管液体清洗还是机械清洗，到了后期都无法达到清晰度要求；

目前煤岩识别和自动放煤等关键技术难点还需要攻克，以提高放煤可靠性，提高生产效率，对推进智能化开采发展具有巨大推动作用；

随着智能化推进和设备数量的增加，在目前国内技术情况下，尽管设备性能可靠性得到一定保障，仍然还会出现各种问题，在矿方技术人员无法解决的情况下，必然影响煤矿生产效率，这就需要远程运维系统提供解决方案，帮助煤矿及时解决问题。

5结语

智能化、自动化、安全高效的煤炭综采工作面系统是将来发展的主流，而综采工作面智能化是一个系统工程，不是一朝一夕的工程，是分阶段逐步实现的。目前中煤科工集团上海有限公司已经建成远程运维系统大数据平台，并且在陕西彬长地区蒋家河煤矿得到了应用，取得了一定的经济效益。未来，上海煤科将致力于构建更成熟、更全面的远程运维系统，建立起专业的机电专家支持机制，为煤炭事业贡献自己的一份力量。

参考文献

[1]王国法,张金虎.煤矿高效开采技术与装备的最新发展[J].煤矿开采,2018,23(1):1-4+12.

[2]夏护国.神南矿区综采设备优化配置研究[J].煤矿机械,2017,38(7):95-97.

[3]袁永,屠世浩,陈忠顺,等.薄煤层智能开采技术研究现状与进展[J].煤炭科学技术,2020,48(5):1-17.

[4]秦文光,代卫卫.综采工作面数字化集成控制系统的设计与实现[J].煤矿机械,2016,37(3):11-13.