遠程控制系統(tǒng)在薄煤層掘進機中的應(yīng)用

李 健

(山西焦煤 西山煤電 西銘礦,山西 太原 030052)

0 引言

我國的煤炭儲量比較豐富，中厚煤層主要分布在西部大型煤礦，開采效率高，技術(shù)相對比較成熟；東部煤礦的開采程度較高，中厚煤層逐漸被開采，遺留的薄煤層開采難度大、開采效率也較低。薄煤層指的是1.3 m以下的煤層，占全國煤炭儲量的20%，由于適應(yīng)薄煤層的開采設(shè)備受到技術(shù)限制，開采效率低，且容易發(fā)生事故。薄煤層開采面臨的主要問題是開采高度低、掘進率高、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、投資大。為提高薄煤層開采效率，提高綜采設(shè)備在薄煤層中的應(yīng)用程度，研究了一套遠程控制系統(tǒng)。

1 遠程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

綜采自動化遠程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，整套遠程控制系統(tǒng)由主機、綜合接入器、光電轉(zhuǎn)換器、交換機、攝像儀和TH12操作臺等部分組成。按照設(shè)備的分布情況，分為地面部分、順槽集控中心部分和采場部分。液壓支架和掘進機都有專用控制專線連接至順槽集控中心，綜合接入器將電源箱、攝像儀、無線天線等現(xiàn)場設(shè)備集合起來，通過井下環(huán)網(wǎng)、光電轉(zhuǎn)換器、網(wǎng)絡(luò)交換機等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將數(shù)據(jù)發(fā)送至順槽的數(shù)據(jù)處理中心。

監(jiān)控主機是煤礦專用的高性能服務(wù)器，它將數(shù)據(jù)處理中心、TH12操作臺傳輸?shù)臄?shù)據(jù)接收、解碼、存儲和顯示，還能響應(yīng)地面調(diào)度室的指令，提供信息給調(diào)度人員。

綜采綜合接入器接入了多種信息，包括視頻信息、以太網(wǎng)、WIFI等，具體的配置可根據(jù)工作面實際情況進行設(shè)計，一般沿工作面方向每隔數(shù)個支架安裝一臺。每臺綜采綜合接入器之間通過連接器網(wǎng)口串聯(lián)，綜采綜合接入器之間通過鎧裝電纜傳遞電信號，端頭和端尾的采集器具有壓力監(jiān)測和環(huán)境監(jiān)測等功能，并通過光電轉(zhuǎn)換器將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，形成閉合以太網(wǎng)。

光電轉(zhuǎn)換器的作用是將綜合接入器傳輸?shù)碾娦盘栐诙祟^和端尾轉(zhuǎn)換為光信號，相比于電信號傳輸，光信號的衰減更慢，傳輸距離也更遠，這樣就可以大大擴展以太網(wǎng)的覆蓋范圍，提高網(wǎng)絡(luò)兼容性。

網(wǎng)絡(luò)交換機將運輸巷帶式輸送機、供液系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理中心連接起來，實現(xiàn)三層路由功能。一方面提高局域網(wǎng)內(nèi)各子網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換能力，另一方面也是工作面以太網(wǎng)和礦井以太網(wǎng)的關(guān)鍵接口設(shè)備。

薄煤層工作面對于現(xiàn)場攝像儀的要求較高，必須具備體積小、重量輕、安裝便捷的特點。除此以外，所拍攝的現(xiàn)場視頻應(yīng)具有較高分辨率，在低照度的工作面或順槽等位置能清晰捕捉關(guān)鍵視頻信息。視頻捕捉后進行壓縮、編碼和打包，通過綜合接入器上傳至工業(yè)以太網(wǎng)。

TH12操作臺是順槽集控中心的主要設(shè)備之一，在綜采自動化系統(tǒng)、電液控制系統(tǒng)、三機、泵站和掘進機自動控制系統(tǒng)中均有應(yīng)用，其中B型操作臺用于視頻監(jiān)視器控制、液壓支架動作控制和掘進機遠程控制，C型操作臺用于三機、泵站和掘進機遠程控制。

2 順槽集控中心

2.1 液壓支架遠程操作

液壓支架遠程操作由順槽集控中心的支架控制臺實現(xiàn)，型號為TH12B，該操作臺的工作狀態(tài)有3種：①空閑狀態(tài)，在這種狀態(tài)下液壓支架采用智能就地控制，順槽集控中心沒有操作權(quán)限；②遠控狀態(tài)，這種狀態(tài)是過渡狀態(tài)，此時正在申請遠程操作權(quán)限，但是還無法實現(xiàn)遠程控制；③遠控授權(quán)狀態(tài)，此時獲得了遠程控制的操作權(quán)限，可以開始進行遠程控制。遠程支架操作分為單動動作、成組動作、跟機動作和視頻切換這幾種。單動動作有降柱抬底、移架抬底、頂板側(cè)護板的伸收、伸縮梁的伸收、平衡千斤頂?shù)纳焓?、移架推溜和升降立?種；成組動作有成組拉溜、成組推溜、成組伸伸縮梁、成組收伸縮梁、成組伸護幫板、成組收護幫板、成組伸前梁、成組收前梁和成組自動移架；跟機隨動動作有3種，分別是跟機收護幫護頂、跟機移架和跟機推溜。還有各種視頻切換功能，可以根據(jù)需要觀看任意一架攝像儀上傳的視頻，還可快速切換到機頭和機尾，具有分屏觀看和全屏觀看功能。

圖1 遠程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 掘進機遠程操作

掘進機遠程操作由順槽集控中心的掘進機控制臺實現(xiàn)，該控制臺不僅可實現(xiàn)掘進機遠程控制，還能對泵站進行控制。操作臺和三機集控主機之間的通信通過RS232進行，是掘進機和三機遠控操作的輸入源。掘進機控制臺的操作分為總控區(qū)、三機集控區(qū)、泵站集控區(qū)和掘進機控制區(qū)?？偪貐^(qū)可以實現(xiàn)三機的總啟動、總停止，還能實現(xiàn)液壓支架操作臺和掘進機操作臺之間的切換。三機集控區(qū)控制工作面三機設(shè)備的工作，可實現(xiàn)單獨啟停和順序系列啟停，可控設(shè)備有皮帶機、轉(zhuǎn)載機、破碎機和前后部溜子等。泵站區(qū)可控制水泵和液壓泵的啟停。掘進機區(qū)實現(xiàn)對掘進機的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換。掘進機遠程遙控系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 掘進機遠程遙控系統(tǒng)

3 系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)主機是系統(tǒng)軟件的載體，分布在地面、順槽兩個位置，所有地面的客戶端都要通過地面服務(wù)器與井下物聯(lián)網(wǎng)相連，井下的隔爆主機、自動化主機將信息傳遞給視頻監(jiān)控主機。本遠程控制系統(tǒng)采用TM.LongWallMind作為系統(tǒng)軟件，包括主頁面、支架頁面、掘進機頁面3大部分。

(1) 主頁面。運行系統(tǒng)軟件后即進入主頁面，該頁面顯示了綜采工作面的設(shè)備和工作狀態(tài)的關(guān)鍵信息，包括生產(chǎn)模式、工作面壓力、掘進機作業(yè)圖、立柱壓力表、推溜行程表、水泵和液壓泵的變頻器信息、掘進機工作狀態(tài)、三機工作狀態(tài)、工作面閉鎖信息、工作面現(xiàn)場視頻和故障報警信息等。

(2) 支架頁面。支架頁面主要顯示液壓支架的相關(guān)信息，包括三維礦壓圖形、工作面推進度示意圖和狀態(tài)顯示等。還可以點擊“跟機控制”，通過啟停按鈕選擇是否跟機，通過點擊“單架壓力”查詢某個支架的歷史壓力，通過壓力變化情況判斷工作面頂板壓力。

(3) 掘進機頁面。掘進機頁面主要顯示掘進機的相關(guān)信息，包括：掘進機運行狀態(tài)和通信狀態(tài)，記憶采高變化曲線和記憶臥底曲線，掘進機循環(huán)作業(yè)曲線，掘進機移動方向，速度和位置等狀態(tài)信息，跟機支架的智能檢測功能，自動割煤記憶模式。

4 結(jié)束語

針對薄煤層的賦存特征，研究了遠程控制系統(tǒng)在薄煤層綜采工作面中的應(yīng)用。該系統(tǒng)由主機、綜合接入器、光電轉(zhuǎn)換器、交換機、攝像儀和TH12操作臺等部分組成。通過順槽集控中心的液壓支架操作臺和掘進機操作臺，實現(xiàn)對掘進機、泵站、三機的遠程控制。通過監(jiān)控主機的系統(tǒng)軟件，對綜采工作面關(guān)鍵信息進行實時顯示和監(jiān)控，提高了井下無人化程度。