巷道掘進(jìn)機(jī)智能化技術(shù)探索與研究

范杰軒

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司望云煤礦分公司，山西 晉城 048400）

蘭花科創(chuàng)望云煤礦現(xiàn)開采煤層為15 號煤層，煤層賦存于太原組下部，上距9 號煤層42 m 左右，距3 號煤層 84 m 左右。煤層厚度 2.40～12.55 m，平均4.86 m。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般含1～3 層夾矸，個別鉆孔含4 層夾矸，夾矸厚度0.03～0.60 m，屬全區(qū)穩(wěn)定可采煤層。望云煤礦2021 年規(guī)劃建設(shè)1 個智能掘進(jìn)工作面，設(shè)計方案是對現(xiàn)有EBZ-200A 型掘進(jìn)機(jī)改造利用，其他輔助設(shè)備利用現(xiàn)有設(shè)備，新增遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)等，注重全面設(shè)計，分布實施建設(shè)。

1 智能遠(yuǎn)程管控平臺建設(shè)

15 號煤井下已實現(xiàn)機(jī)電設(shè)備之間的協(xié)同控制，但針對北翼回風(fēng)掘進(jìn)工作面的全參數(shù)、多系統(tǒng)融合的協(xié)同聯(lián)動系統(tǒng)，均未實現(xiàn)。結(jié)合北翼回風(fēng)掘進(jìn)工作面的裝備，研發(fā)一套用于井下集中控制中心的遠(yuǎn)程智能管控平臺，智能管控平臺是將掘進(jìn)工作面的掘、支、運、探、通、監(jiān)測、通信、其他設(shè)備等集成到一個平臺上，并打通各數(shù)據(jù)之間的壁壘，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，做到其中任何一個參數(shù)的變化，都能聯(lián)動到與之關(guān)聯(lián)的設(shè)備或系統(tǒng)，將危險和風(fēng)險降到最低，使礦山安全管理工作提高到一個新的水平[1]。

1.1 智能管控平臺功能分析

根據(jù)掘進(jìn)工作面的配套裝備、生產(chǎn)工藝以及控制邏輯條件，搭建一個基于掘進(jìn)工作面的遠(yuǎn)程管控平臺，該平臺具備以下功能要求：（1）互聯(lián)互通。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，全面感知掘進(jìn)工作面人、機(jī)、環(huán)、管等要素，實現(xiàn)掘進(jìn)工作面人-機(jī)-環(huán)-管所有信息的互聯(lián)互通，打破“信息孤島”和“數(shù)據(jù)煙筒”現(xiàn)象。（2）融合聯(lián)動。通過軟件定義，實現(xiàn)掘進(jìn)工作面各系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的融合聯(lián)動，達(dá)到整個掘進(jìn)工作面所有設(shè)備的協(xié)同控制。（3）邊緣計算。具備邊緣數(shù)據(jù)處理/計算的功能，所有數(shù)據(jù)均在底層進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，減少無用信息的傳輸，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率。（4）智慧決策。數(shù)據(jù)傳送到地面“煤礦智慧大腦”，通過大數(shù)據(jù)分析平臺，完成對掘進(jìn)工作面生產(chǎn)工藝的再造，并將優(yōu)化后的控制策略，定期反哺到掘進(jìn)工作面集控中心的智能管控平臺，迭代升級工作面安全、生產(chǎn)、管理的智能分析與輔助決策。（5）重大危險源（隱患）預(yù)測預(yù)警。掘進(jìn)工作面危險因素（水、火、瓦斯、頂板）較多，對重大隱患進(jìn)行實時監(jiān)測，制定不同顏色危險等級，并根據(jù)不同等級的危險隱患，聯(lián)動相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。

1.2 智能管控平臺的實現(xiàn)

智能管控平臺應(yīng)基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)進(jìn)行開發(fā)，同時應(yīng)兼容現(xiàn)有礦井管控平臺，并確保兩個平臺之間的通信暢通。而基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的智能管控平臺則主要通過對工作面內(nèi)各系統(tǒng)的通訊協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換，對各類傳感器采集的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一、數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與深度融合，形成多源異構(gòu)信息數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，并通過建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù)接口，為上層應(yīng)用提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，為各子系統(tǒng)提供決策依據(jù)。掘進(jìn)工作面的管控平臺的主體架構(gòu)如圖1。

圖1 掘進(jìn)工作面管控平臺主體架構(gòu)

掘進(jìn)工作面智能管控平臺部署在掘進(jìn)工作面集控中心內(nèi)，主要完成底層數(shù)據(jù)的采集、傳輸、數(shù)據(jù)解析、邊緣計算、協(xié)同控制、存儲、建模、分析等功能，通過光纖將數(shù)據(jù)傳遞到地面數(shù)據(jù)中心，煤礦智能大腦管控平臺對整個生產(chǎn)進(jìn)行分析調(diào)度，實時/定期反迭代更新井下掘進(jìn)智能管控平臺。掘進(jìn)工作面管控平臺技術(shù)架構(gòu)如圖2。

圖2 掘進(jìn)工作面管控平臺技術(shù)架構(gòu)

在實際電路中，可配置緩沖器的數(shù)量是有限制的，為了實現(xiàn)一個合理的良率提升，插入延遲緩沖器的方法可以描述為：選擇一定數(shù)量的觸發(fā)器，在其周圍插入盡可能少的可配置緩沖器以提高芯片的良率，并保證面積損耗最小.

掘進(jìn)機(jī)視距遙控子系統(tǒng)由礦用本安型遙控發(fā)送器、礦用隔爆兼本安型車載無線接收器組成，遙控距離不小于40 m，遙控有手柄、按鍵故障自診斷功能，配件損壞時需對操作者有提示，遙控器操作按鈕布局方便司機(jī)操作。礦用隔爆兼本安型車載無線接收器，模擬輸入接口16 路，數(shù)字輸入接口16 路，PWM/數(shù)字輸出64 路，且可以直接驅(qū)動防爆電磁閥工作。

狀態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由礦用液位傳感器、礦用隔爆壓力傳感器、礦用溫度傳感器、礦用位移傳感器等組成，檢測掘進(jìn)機(jī)狀態(tài)信息，數(shù)據(jù)傳至礦用隔爆兼本安型車載無線接收器，操作者可實時觀測到掘進(jìn)機(jī)工作狀態(tài)。隔爆無線接收器與掘進(jìn)機(jī)電控箱通過RS485 通信，實現(xiàn)油泵啟停、二運啟停等功能的遙控控制。掘進(jìn)機(jī)安裝煤安負(fù)載敏感比例多路電磁閥，實現(xiàn)遙控控制掘進(jìn)機(jī)動作。

基于掘進(jìn)工作面的智能管控平臺包括安全監(jiān)控系統(tǒng)集成模塊、生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)集成模塊、工作面設(shè)備協(xié)同控制模塊、生產(chǎn)管理系統(tǒng)集成模塊和風(fēng)險預(yù)警模塊等內(nèi)容。要求該部分功能全部采用基于PC 計算機(jī)的方式實現(xiàn)，協(xié)同控制邏輯采用SCADA 組態(tài)軟件，方案不考慮PLC 或者類似硬件設(shè)備。

2 掘進(jìn)機(jī)智能化改造分析

地面遠(yuǎn)程可視化操作系統(tǒng)功能和井下遠(yuǎn)程可視化操作系統(tǒng)功能基本一致，需集成音視頻圖像處理、軟件集成、數(shù)據(jù)交換、工業(yè)環(huán)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋榱吮苊鈨傻夭僮鲿r產(chǎn)生沖突，操作臺需具備“控制權(quán)限”物理切換按鈕。地面操作系統(tǒng)和前端系統(tǒng)利用原有的工業(yè)環(huán)網(wǎng)進(jìn)行連接，控制響應(yīng)時間不大于300 ms。遙控器和遠(yuǎn)程操作臺上具有急停按鈕，當(dāng)遙控器和掘進(jìn)機(jī)的無線信號處于斷開狀態(tài)時，設(shè)備會報警停機(jī)，當(dāng)信號回復(fù)時，無操作指令不得開機(jī)。在遙控狀態(tài)下掘進(jìn)機(jī)2 m 范圍或設(shè)定范圍內(nèi)，人員靠近報警并停機(jī)，防止視頻死角設(shè)備傷人。

安全監(jiān)控系統(tǒng)集成模塊是在綜合展示模塊的基礎(chǔ)上，將礦井安全監(jiān)控相關(guān)子系統(tǒng)進(jìn)行綜合集成，包括：煤礦安全監(jiān)控模塊、煤礦井下人員管理模塊、礦壓監(jiān)測管理模塊、煤礦井下廣播模塊、煤礦工業(yè)視頻監(jiān)控模塊等[2]。生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)集成模塊是在綜合展示模塊的基礎(chǔ)上，將礦井生產(chǎn)過程控制相關(guān)子系統(tǒng)進(jìn)行綜合集成，包括：掘進(jìn)機(jī)自動化監(jiān)測模塊、除塵風(fēng)機(jī)自動化監(jiān)控集成模塊、智能局扇系統(tǒng)自動化監(jiān)控集成模塊、運輸自動化監(jiān)控集成模塊、供電監(jiān)控集成模塊等[3]，實現(xiàn)掘進(jìn)工作面工藝全流程的順序啟停，以工作面掘進(jìn)、支護(hù)、運輸、輔助工藝為基礎(chǔ)，分析掘進(jìn)機(jī)、二運皮帶機(jī)、可伸縮帶式輸送機(jī)、自移機(jī)尾、除塵風(fēng)機(jī)等多個設(shè)備之間協(xié)調(diào)聯(lián)動控制關(guān)系，實現(xiàn)成套智能裝備的連續(xù)掘進(jìn)和協(xié)調(diào)控制。生產(chǎn)管理系統(tǒng)集成模塊是在綜合展示模塊的基礎(chǔ)上，將基于掘進(jìn)工作面相關(guān)生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行綜合集成，包括探放水管理模塊等。

臨床教學(xué)是醫(yī)學(xué)生本科教育的一個重要階段，是從醫(yī)學(xué)生向臨床醫(yī)生過渡的一個關(guān)鍵過程，教學(xué)效果的優(yōu)劣將會直接影響到醫(yī)學(xué)生今后的臨床工作能力和信心，并可能影響醫(yī)學(xué)生一生的從醫(yī)生涯[5-6]。但是怎樣才能把醫(yī)學(xué)生對臨床理論學(xué)習(xí)的興趣和積極性調(diào)動起來，提高學(xué)習(xí)的趣味性和效果，培養(yǎng)良好的醫(yī)德和正確的行醫(yī)規(guī)范，提升醫(yī)學(xué)生處理臨床問題的實際能力，是擺在臨床教學(xué)工作者面前的一個大問題。

奧斯汀在“兩寸象牙雕”上以真實而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓P觸描繪出攝政王時期的鄉(xiāng)村新圖景，將自己長期生活的鄉(xiāng)村、出游沿途的景色、親友們住宅的設(shè)計改建精確地描繪在自己的作品之中。尼克森（Nigel Nicolson）這樣想象：“悠閑的旅行讓簡奧斯汀可以四下張望鄉(xiāng)村和集市廣場……她觀察窗外掠過的城鎮(zhèn)與鄉(xiāng)村的房屋，將它們添置進(jìn)自己腦子中對建筑風(fēng)格的儲備中?！盵1]本文聚焦奧斯汀筆下的鄉(xiāng)村景觀，以樹籬與農(nóng)舍為例，展現(xiàn)奧斯汀筆下在議會圈地時期發(fā)生巨變的農(nóng)村生活，并探究作者隱藏在字里行間的真實態(tài)度。

改造后掘進(jìn)機(jī)具有遠(yuǎn)程可視化控制系統(tǒng)，操作方式可分為本地操作、視距無線遙控操作、井下遠(yuǎn)程可視遙控操作、地面遠(yuǎn)程可視遙控操作[4-5]。4 種控制方式都可以對掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行獨立控制，并相互閉鎖，能夠?qū)崿F(xiàn)一鍵緊急停機(jī)。

遠(yuǎn)程操作可以實現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)全部操作，實現(xiàn)開機(jī)預(yù)警、掘進(jìn)機(jī)油泵啟停、截割啟停及高低速切換、截割頭升降及左右旋轉(zhuǎn)、鏟板收放、星輪啟停、后支撐收放、一運啟停、二運啟停、內(nèi)外噴霧開關(guān)、履帶前進(jìn)后退、除塵風(fēng)機(jī)啟停等控制。

遠(yuǎn)程監(jiān)控顯示的數(shù)據(jù)包括：遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)運行時間和截割時間，截割電機(jī)、油泵電機(jī)、二運電機(jī)和除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)電流，液壓系統(tǒng)的壓力（待機(jī)壓力，工作壓力）、油溫、油位數(shù)據(jù)及報警信號，瓦斯報警信號，供電電壓，急停報警信號，供電系統(tǒng)過載和過壓，漏電閉鎖等故障[4]。

那天晚上微雨，黃磊開車接她回來，一同上樓，大家都在等信。一次空前成功的演出，下了臺還沒下裝，自己都覺得顧盼間光艷照人。她舍不得他們走，恨不得再到那里去。已經(jīng)下半夜了，鄺裕民他們又不跳舞，找那種通宵營業(yè)的小館子去吃及第粥也好，在毛毛雨里老遠(yuǎn)一路走回來，瘋到天亮。

3 結(jié)語

結(jié)合煤礦實際情況和大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)有的技術(shù)，對智能遠(yuǎn)程管控平臺建設(shè)進(jìn)行了分析。智能管控平臺是將掘進(jìn)工作面的掘、支、運、探、通、監(jiān)測、通信、其他設(shè)備等集成到一個平臺上，并打通各數(shù)據(jù)之間的壁壘，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，從而將危險和風(fēng)險降到最低。與此同時，還對掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行了相應(yīng)的技術(shù)改造。改造后掘進(jìn)機(jī)具有遠(yuǎn)程可視化控制系統(tǒng)，操作方式可分為本地操作、視距無線遙控操作、井下遠(yuǎn)程可視遙控操作、地面遠(yuǎn)程可視遙控操作。