智能化采煤工作面自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用研究

韋 瑜

（山西新景礦煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 陽(yáng)泉045008）

引言

煤炭行業(yè)是我國(guó)重要的傳統(tǒng)能源行業(yè)，隨著各類清潔能源發(fā)展步伐的提速，至2020年我國(guó)煤炭能源占比已降至57.5%。煤礦智能化技術(shù)推進(jìn)已在該行業(yè)安全生產(chǎn)保障、高效經(jīng)營(yíng)管理、提升經(jīng)濟(jì)效益等方面有了顯著的成果。智能化采煤工作面裝備逐步向“數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化”發(fā)展。因此，以某礦井3216采煤工作面智能化裝備應(yīng)用為基礎(chǔ)，對(duì)相關(guān)自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行分析研究。

1 工程概況

某礦井3216綜采工作面呈南北走向，埋藏深度為460～530 m。本工作面煤層總厚2.19～2.79 m，平均厚度2.39 m，走向長(zhǎng)1 390 m，傾斜長(zhǎng)216 m，煤層傾角2°～9°，平均傾角5°。井田面積300 240 m2，可采儲(chǔ)量948 400 t。

2 設(shè)備配套

3216工作面主要綜采設(shè)備及參數(shù)如表1所示。

表1 3216工作面主要綜采設(shè)備及參數(shù)表

2.1 智能化系統(tǒng)組成

該工作面智能化系統(tǒng)由六個(gè)子系統(tǒng)組成。分別是：工作面監(jiān)控中心（包括液壓支架電液控系統(tǒng)、三機(jī)通訊控制系統(tǒng)、采煤機(jī)控制通訊系統(tǒng)、智能集成供液系統(tǒng)）、綜合自動(dòng)化軟件系統(tǒng)、無(wú)線工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)視頻系統(tǒng)、地面調(diào)度中心監(jiān)控系統(tǒng)、VOIP語(yǔ)音通訊系統(tǒng)。

2.2 創(chuàng)新應(yīng)用效果

采煤工作面智能化裝備逐步向通訊無(wú)線化、設(shè)備集成化、智能全感知、智能化決策、自適應(yīng)控制的趨勢(shì)發(fā)展，在“減人提效”方面成效顯著。

2.2.1 液壓支架電液控制系統(tǒng)

液壓支架電液控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)支架狀態(tài)數(shù)據(jù)采集、支架中部自動(dòng)跟機(jī)、支架無(wú)線遙控等功能。通過(guò)支架遙控器遠(yuǎn)距離控制電液控支架，大大拓展了支架操作工的觀察視野，其采用433 MHz無(wú)線載波頻率，無(wú)線通信速率38.4 kbit/s，無(wú)線遙控距離大于5 m，信號(hào)穩(wěn)定準(zhǔn)確，操作更加安全便捷。能夠遠(yuǎn)距離控制液壓支架的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)本架液壓支架的非自動(dòng)控制和自動(dòng)順序聯(lián)動(dòng)控制及成組自動(dòng)控制。工作原理主要分為無(wú)線充電、對(duì)碼、按鍵操作控制、各種信息顯示等。支架遙控器還采用了先進(jìn)的無(wú)線充電技術(shù)，減少了外露接口的設(shè)計(jì)，提高了支架遙控器的防爆、防水等安全性能。利用紅外收發(fā)電路和無(wú)線模塊完成精確對(duì)碼，支架操作時(shí)間平均減少30 s。靈活的操作位置使支架操作工的人身安全明顯提高。

2.2.2 三機(jī)控制系統(tǒng)

三機(jī)泛指采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、皮帶機(jī)，可實(shí)現(xiàn)采煤生產(chǎn)主要裝備的語(yǔ)音預(yù)警、工況監(jiān)測(cè)、聯(lián)動(dòng)及一鍵啟停控制。通過(guò)ZJJ24型礦用監(jiān)測(cè)裝置，采集電機(jī)、減速器運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警、故障停機(jī)等功能。

2.2.3 采煤機(jī)控制系統(tǒng)

通過(guò)DT500型載波通訊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制。采用CAN總線通訊控制方式，通過(guò)牽引及采高編碼器、瓦斯傳感器等工況數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)自動(dòng)記憶截割及瓦斯聯(lián)動(dòng)控制。

2.2.4 智能集成供液系統(tǒng)

可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)水、配液、供液。通過(guò)各類傳感器的數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)凈水站、泵站裝備工況監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集及自動(dòng)控制。通過(guò)進(jìn)出液端安裝的壓力傳感器，實(shí)現(xiàn)液壓過(guò)濾系統(tǒng)裝備的自動(dòng)反沖洗。

2.2.5 無(wú)線工業(yè)以太網(wǎng)

可實(shí)現(xiàn)2.4 GHz WiFi無(wú)線通信的工作面全覆蓋、工作面—地面手機(jī)視頻通話、手機(jī)查看裝備運(yùn)行工況及工業(yè)視頻監(jiān)控。本質(zhì)安全型無(wú)線基站使用2.4 GHz WiFi無(wú)線通信技術(shù)，允許雙向傳輸，抗干擾性強(qiáng)，通用性強(qiáng)，傳輸速率可達(dá)54 Mbit/s，傳輸距離遠(yuǎn)（工作距離100 m）?？蓪?shí)現(xiàn)井下防爆手機(jī)WiFi熱點(diǎn)接入，可在全工作面實(shí)時(shí)訪問(wèn)或修改視頻及其他設(shè)備數(shù)據(jù)參數(shù)。具備RS485接口，可用于自動(dòng)化工作面的各類開(kāi)關(guān)、變頻器的遠(yuǎn)程控制及數(shù)據(jù)采集?；九c基站之間采用快插光纖連接器橋接，帶寬可達(dá)到千兆，適用于高清攝像儀視頻信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。外部設(shè)備連接比較靈活，采用喇叭嘴壓線方式及快插方式。

2.2.6 工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

可實(shí)現(xiàn)工作面視頻跟機(jī)、重點(diǎn)區(qū)域視頻監(jiān)測(cè)。高清云臺(tái)攝像儀具備TCP/IP及2.4GWiFi有線和無(wú)線雙通訊系統(tǒng)，視頻傳輸穩(wěn)定性高。通過(guò)云臺(tái)控制，實(shí)現(xiàn)多角度、大范圍監(jiān)測(cè)，以視頻拼接技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)工作面視頻全覆蓋。

2.2.7 地面調(diào)度中心監(jiān)控系統(tǒng)

可實(shí)現(xiàn)工作面綜合自動(dòng)化裝備遠(yuǎn)程監(jiān)控、視頻遠(yuǎn)程監(jiān)視及重要信息歷史數(shù)據(jù)記錄查詢。授權(quán)模式下可實(shí)現(xiàn)井下工作面三機(jī)的一鍵啟停功能。

2.2.8 VOIP語(yǔ)音通訊系統(tǒng)

可實(shí)現(xiàn)調(diào)度室與井下工作面及順槽皮帶的KTC101沿線電話通話，并可監(jiān)聽(tīng)井下沿線的語(yǔ)音通話及報(bào)警，用于應(yīng)急事故處置。

3 技術(shù)優(yōu)勢(shì)與安全效益

支架遙控器可定制化設(shè)計(jì)，操作位置高度靈活且功能齊全，危險(xiǎn)預(yù)控能力大大提升。遙控器與控制器定向匹配，有較高的操作安全性，勞動(dòng)強(qiáng)度小，工作效率高。

無(wú)線WiFi基站提供了高速、穩(wěn)定的通訊手段，裝備數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)事故應(yīng)急處理、煤礦井下防爆手機(jī)終端視頻通話和監(jiān)測(cè)監(jiān)控等方面實(shí)用性強(qiáng)。

4 結(jié)語(yǔ)

智能化采煤裝備應(yīng)用要完成“無(wú)人化”的最終目標(biāo)，還需要攻克一些關(guān)鍵核心技術(shù)。譬如：傳感器在小型化設(shè)計(jì)、無(wú)線化通訊、精確度保障方面需要加大研發(fā)力度；設(shè)備協(xié)同控制在模塊化設(shè)計(jì)、抗電磁干擾、智能化決策方面亟需優(yōu)化；智能化系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用方面還有待重點(diǎn)攻關(guān)。