煤矿智能化掘进及集控系统的进展研究和面临的难题

  煤矿智能化掘进及集控系统的进展研究和面临的难题

杨虎

陕西澄合合阳煤炭开发有限公司 陕西省 渭南市 715300

摘要：煤矿作为我国重要的能源来源，其开采效率和质量对经济发展具有重要影响，近年来，随着科技的不断进步，煤矿智能化已成为行业发展的必然趋势。其中，智能化掘进和集控系统是煤矿智能化的重要组成部分，然而在实际应用中，智能化掘进及集控系统仍存在诸多问题，严重制约了煤矿智能化的发展。因此，文章研究了煤矿智能化掘进及集控系统的进展，探讨了当前面临的难题，通过对现有系统的深入分析，发现智能化掘进技术已取得显著进步，但集控系统仍存在诸多挑战，针对这些问题，通过研究，提出了相应的解决方案，为煤矿行业的智能化发展提供了必要的参考借鉴。

关键词：煤矿;智能化掘进;集控系统;问题;

1 智能化掘进及集控系统设计的必要性

将智能化掘进及集控系统应用在煤矿行业，能够显著提高煤矿开采效率和开采安全性。智能化掘进技术能够实现掘进数据的实时采集、分析和处理，提高掘进效率和质量，同时，集控系统可以实现对煤矿各种设备的远程监控和操作，避免人工干预的误差，提高生产效率。而使用智能化掘进技术可以有效减少工作人员在恶劣环境下的工作时间和次数，降低职业病的发生率，集控系统可以在舒适的室内环境中进行操作，有助于改善工作人员的工作环境。相对于以往的煤矿开采技术而言，智能化掘进技术和集控系统的应用可以减少人工干预，降低事故发生的可能性，并且集控系统可以通过实时监控和预警机制，及时发现潜在的安全隐患，保障生产人员的安全。此外，智能化煤矿能够实现对矿体储量的科学计算，降低采矿成本，提高中低品位矿石的利用率，减少对生态环境的破坏与污染，而集控系统也可以实现对能源的智能化分配和利用，提高能源利用效率，推进可持续发展。综上所述，煤矿智能化掘进及集控系统设计的必要性不仅体现在提高生产效率、改善工作环境、提高安全性等方面，更能够促进煤矿行业的可持续发展。

2煤矿智能化掘进及集控系统设计

在煤矿智能化掘进及集控系统中，集控系统是最为重要的组成部分，包括井下远程集控中心和地面远程集控中心这两个部分。地面远程集控中心得到井下远程集控中心的授权后，在地面可以实现在井下的全部操作功能，因此当井下远程集控中心出现紧急情况时，借助地面远程集控的方式，依旧可以实现对井下工作的开展。对于掘进机本体中配备相应的倾斜角传感器、惯性导航仪、三维扫描仪等设备时，还能实现掘进机相关工况参数的监测、数据的采集以及环境监测等功能。而在数据传输和集控方面，煤矿煤矿智能化掘进及集控系统利用5G系统，将智能掘进相关数据接入井下远程集控中心，还能实现远程控制和监控。与此同时，集控中心的相关数据通过千兆交换机的方式接入井下，并利用地面远程集控中心的方式进行控制。在使用智能化控制软件时，在井下远程集控中心以及地面远程集控中心中可以呈现出掘进工作的现场画面，同时，设备的工作状态信息可以实时显示在集控中心的显示截面上，对应的现场开放权限后，能够实现掘进工作面设备的井下集控中心或者地面集控中心远程操作控制。

3 煤矿智能化掘进及集控系统关键系统设计

3.1 掘进机车定位系统

煤矿智能化掘进机车定位系统主要以三维激光扫描仪和激光陀螺惯性导航融合技术为主。利用激光三维扫描仪并对内置的激光雷达扫描预定相关标靶后，可以将采集到的点云数据发送到GPU图像处理器进行模型构建和计算，同时，在定位系统中，CPU处理器通过高速运算的方式，可以将三维激光扫描仪计算数据和激光陀螺惯性导航仪的航姿信息进行融合处理，以此得到掘进机车身体的姿态和位置信息。此外，掘进机车位置信息会结合截割臂升降、回转等方式通过车载控制器的方式获取巷道位置信息，而割位置信息则是断面自动截割成型的重要数据信息。在车身姿态和位置信息中，基于车身自助纠偏和防碰撞的信息数据中，数据通过构建完毕的掘进机模型能够得到截割机构的回转角和俯仰角。

3.2 断面定义及路径规划设计

对于煤矿巷道断面而言，通常情况下有一定的弧顶、平顶和斜顶3种形式，并且只有在弧线段数、直线段数和直线斜率方面有一定的区别。因此，在煤矿智能化掘进及控制系统的断面路径规划设计中，基于以上特性，可以利用直线按间距分段的方式进行弧线按角度分段相结合的方法对断面的轮廓在PLC内进行模型搭建。同时，断面自动成形分为逐行扫描阶段和边界扫描阶段，逐行扫描完成断面的初成形后，边界扫描完成对断面的精细化边界修帮，并控制扫描间距后，形成对断面的平整度调整，而所设计的断面定义和路径规划。

3.3 环境检测及安全保护关键仪器设备选型设计

(1）粉尘监测仪选型设计。

在煤矿智能化掘进及集控系统中，粉尘监测仪是非常重要的设备，用于监测煤矿工作环境中的粉尘浓度，以保障员工的安全和健康。因此在对粉尘监测仪的选型设计时，需要考虑到多个方面，在测量原理中，粉尘监测仪可以采用激光散射原理、电阻式传感器、光电管原理等不同的测量原理，根据煤矿的特点和需要，选择适合的测量原理。在测量范围中，根据煤矿工作环境中粉尘浓度的变化范围确定粉尘监测仪的测量范围，通常煤矿工作环境中的粉尘浓度较高，所以需要选择具备较大测量范围的监测仪。在精度和稳定性中，粉尘监测仪的精度和稳定性是评估其性能的重要指标，选择具有较高精度和稳定性的监测仪，能够确保监测结果的准确性和可靠性。在抗干扰能力中，煤矿工作环境中存在较多的干扰源，如振动、高温、潮湿等，这也使粉尘监测仪需要具备一定的抗干扰能力，以保证监测结果的可靠性。

(2）甲烷气体监测仪选型设计。

在煤矿智能化掘进及集控系统中，甲烷气体监测仪是至关重要的设备，用于监测煤矿工作面和井下区域的甲烷气体浓度，以确保矿井的安全运行。甲烷气体监测仪的选型设计时，对于甲烷气体监测仪可以采用电化学传感器、红外吸收原理、热导法等不同的测量原理，根据煤矿的特点和需求，选择适合的测量原理。而根据煤矿工作面和井下区域甲烷气体浓度的变化范围确定甲烷气体监测仪的测量范围，必须确保监测仪具有足够的测量范围，能够覆盖煤矿工作环境中可能出现的高浓度区域。在灵敏度方面，甲烷气体监测仪的灵敏度决定了它对低浓度甲烷气体的检测能力，选择灵敏度较高的监测仪，可以及早发现甲烷气体超标情况，提前采取措施进行安全处理。在响应时间方面，煤矿对于甲烷气体监测的要求通常是实时性较高的，因此需要选择响应时间较短的监测仪，以及时反馈、报警。在抗干扰能力方面，考虑到煤矿工作环境中存在振动、湿度、温度等各种干扰源，甲烷气体监测仪需要具备一定的抗干扰能力，以保证监测结果的准确性和可靠性。

4结束语

通过对煤矿智能化掘进及集控系统的研究和分析，可以看出智能化技术在掘进领域的广泛应用以及集控系统在煤矿智能化发展中的重要地位。尽管目前仍存在一些问题，但随着技术的不断进步和管理水平的不断提高，相信未来这些问题都将得到有效解决。因此，应该继续关注煤矿智能化掘进及集控系统的发展动态，积极推动其技术的创新和应用拓展为我国煤矿行业的可持续发展做出更大的贡献。

参考文献

[1] 王凯.玉溪煤矿工作面掘进机中智能化掘进集控系统应用研究[J].煤，2023,32(01):68~70

[2] 付翔，秦一凡，李浩杰等.新一代智能煤矿人工智能赋能技术研究综述[J].工矿自动化，2023,49(09):122~131+139

[3] 郝俊信.综掘机远程可视化智能掘进技术的研究[J].煤炭科学技术，2021,49(S2):274~279

[4] 杨耀智.煤矿远程智能掘进面临的挑战及发展趋势[J].内蒙古煤炭经济，2022,(11):148~150