物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在采煤機(jī)設(shè)備上的應(yīng)用

[摘 要]近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在國內(nèi)的快速發(fā)展和廣泛運(yùn)用，煤礦機(jī)械裝備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)得到了快速發(fā)展。文章結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對采煤機(jī)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，主要包括該系統(tǒng)的工作原理及結(jié)構(gòu)等方面。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以對煤礦生產(chǎn)中的各種設(shè)備、人員等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，為煤礦生產(chǎn)提供可靠保障。

[關(guān)鍵詞]物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；采煤機(jī)；數(shù)據(jù)信息

[中圖分類號]TM73 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）06–0144–03

The Application of Internet of Things Technology in Shearer Equipment

LIU Ziliang

[Abstract]In recent years， with the rapid development and widespread use of the Internet of Things in China， the Internet of Things system of coal mine machinery and equipment has been a rapid development. This paper mainly analyzes the design of the Internet of Things system combined with the Internet of Things technology， mainly including the working principle and structure of the system. Through the Internet of Things system， all kinds of equipment and personnel in coal mine production can be monitored in real time to provide a reliable guarantee for coal mine production.

[Keywords]Internet of Things technology； coal shearer； data and information

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是將信息安全技術(shù)、傳感器技術(shù)等進(jìn)行系統(tǒng)化集成的技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用能夠提高煤礦機(jī)械作業(yè)的效率，這有助于實(shí)現(xiàn)煤礦采礦工作的標(biāo)準(zhǔn)化和安全，簡化了工作過程，提升了工作效率，降低了開采費(fèi)用。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用也能夠使煤礦機(jī)械操作更加智能化，保證煤礦開采工作在進(jìn)行過程中實(shí)現(xiàn)更智能化、人性化的設(shè)計(jì)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)煤礦設(shè)備的小型化，減少生產(chǎn)能耗和浪費(fèi)，節(jié)約資源，提高礦井生產(chǎn)安全。

2 采煤機(jī)自動化與智能化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

采煤機(jī)的自動化和智能化在煤礦生產(chǎn)中有其獨(dú)特的優(yōu)越性：①可以提升采礦效率。為了更好地提高礦井的生產(chǎn)效率，應(yīng)引入更多的機(jī)器和設(shè)備。在采煤裝備中引入自動化和智能化技術(shù)，既能確保礦井生產(chǎn)的正常進(jìn)行，又能提高煤炭開采的質(zhì)量和效率。②減少對礦工的依賴。采礦工作需要工人的協(xié)同工作才能完成，若將自動化和智能化技術(shù)引進(jìn)到采煤設(shè)備中，可減少人為干預(yù)，使管理工作更加方便。③可以提高煤礦的安全生產(chǎn)。如果將自動化和智能化技術(shù)推廣到煤礦裝備上，不但能夠?qū)崿F(xiàn)安全生產(chǎn)，還能夠確保井下工作的安全，同時(shí)也能對煤礦的生產(chǎn)起到很好的保護(hù)作用，能將由于采礦造成的安全風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在采煤機(jī)設(shè)備上的具體應(yīng)用

3.1 機(jī)載控制技術(shù)的應(yīng)用

基于物聯(lián)網(wǎng)的采煤機(jī)監(jiān)控技術(shù)，目前主要采用的是計(jì)算機(jī)和運(yùn)行軟件，若要實(shí)現(xiàn)信息的傳遞，則必須采用機(jī)載控制技術(shù)作為其載體。一般而言，機(jī)載控制技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)、高效地傳遞采煤機(jī)的實(shí)際作業(yè)信息和數(shù)據(jù)。同時(shí)，采煤機(jī)也能按照預(yù)先確定的截割線和作業(yè)流程實(shí)現(xiàn)采煤作業(yè)。

3.2 監(jiān)控通信技術(shù)的應(yīng)用

煤礦采煤機(jī)長期在礦井中作業(yè)，且工作環(huán)境非常復(fù)雜，導(dǎo)致采煤機(jī)出現(xiàn)故障的概率大幅增加。因此，在采煤機(jī)工作過程中，必須采用監(jiān)控和通信技術(shù)，以便更好地監(jiān)測采煤機(jī)的工作狀況，從而減少出現(xiàn)故障的概率。現(xiàn)如今監(jiān)控通信技術(shù)已被各行業(yè)廣泛運(yùn)用，例如該技術(shù)與遠(yuǎn)程雷達(dá)、監(jiān)控視頻設(shè)備、光纖通道、防爆計(jì)算機(jī)及IP等協(xié)議配合應(yīng)用，在采煤機(jī)上加裝監(jiān)控裝置，可精確接收采煤機(jī)的數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)信息的共享，提高了監(jiān)控和通信的效率。

3.3 故障報(bào)警技術(shù)的應(yīng)用

采煤機(jī)設(shè)備應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)時(shí)，故障報(bào)警技術(shù)是其關(guān)鍵技術(shù)之一，圖1為結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的采煤機(jī)診斷專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)故障報(bào)警關(guān)鍵技術(shù)如下：①實(shí)時(shí)監(jiān)測與數(shù)據(jù)采集。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使得采煤機(jī)設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)采集各種運(yùn)行參數(shù)，如振動、溫度、壓力、電流等。這些數(shù)據(jù)通過傳感器和監(jiān)測裝置準(zhǔn)確、可靠地傳輸至數(shù)據(jù)中心或遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺。②故障預(yù)警與報(bào)警機(jī)制。通過對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的分析和比對，系統(tǒng)能夠判斷設(shè)備是否存在異常或故障。一旦發(fā)現(xiàn)異常，系統(tǒng)能夠提前發(fā)出預(yù)警信號，以便及時(shí)采取維修或保養(yǎng)措施，避免設(shè)備故障的發(fā)生。如果異常超過預(yù)設(shè)的安全閾值，系統(tǒng)會觸發(fā)報(bào)警機(jī)制，并通過多種方式（如聲音、光信號、短信、郵件等）通知相關(guān)人員。③故障診斷與定位。故障報(bào)警技術(shù)不僅限于簡單的報(bào)警，還能夠?qū)υO(shè)備故障進(jìn)行自動診斷。通過分析故障特征、模式識別等技術(shù)，系統(tǒng)可以快速確定故障原因和位置。這為后續(xù)的維修和修復(fù)提供了明確的指導(dǎo)，大幅提高了維修效率和準(zhǔn)確性。④遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使得采煤機(jī)設(shè)備的故障報(bào)警系統(tǒng)支持遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。相關(guān)人員可以通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析設(shè)備的運(yùn)行情況。這為遠(yuǎn)程維護(hù)和故障診斷提供了便利，減少了現(xiàn)場維修的時(shí)間和成本。⑤數(shù)據(jù)記錄與分析。故障報(bào)警系統(tǒng)能夠記錄歷史故障數(shù)據(jù)，并建立數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲和分析。通過分析歷史數(shù)據(jù)，可以找出設(shè)備故障的規(guī)律和趨勢，為設(shè)備維護(hù)和管理提供決策支持。

3.4 煤炭切割技術(shù)的應(yīng)用

對采煤機(jī)來說，切煤工藝是采煤工藝的一個重要環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到采煤的質(zhì)量。煤炭切割技術(shù)在應(yīng)用過程中能夠很好地控制采煤機(jī)，保證整個工作的順利開展。采煤機(jī)的種類繁多，而煤的儲藏地點(diǎn)又各不相同，因此，切削工藝多種多樣。我國現(xiàn)有的采煤機(jī)切削方式主要是依靠記憶切削，而在實(shí)際生產(chǎn)過程中，還要根據(jù)煤層的堅(jiān)硬程度、厚度等因素來確定回采過程。近年來，紅外成像技術(shù)等也被添加到采煤機(jī)的實(shí)踐中，采用這種方法，可以對煤進(jìn)行拼切、剖切等，而且各煤之間的界限十分明顯。此外，在采用新的采煤方法之前，還要進(jìn)行針對性的調(diào)查，確保對該技術(shù)的運(yùn)用原則與要點(diǎn)有足夠的了解，并根據(jù)所采煤層的具體條件，選擇合適的掏槽工藝。

4 采煤機(jī)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 采煤機(jī)狀態(tài)參數(shù)

采煤機(jī)是一種主要的采煤設(shè)備，位于礦井最深的綜采工作面上，是采煤系統(tǒng)的前端，其工作狀態(tài)的好壞，關(guān)系到礦井的安全和經(jīng)濟(jì)效益。這就對采煤機(jī)的工作性能提出了更高的要求，不僅要有良好的工作性能，而且要有很高的工作效率。因此，必須采用先進(jìn)的測量、控制、管理手段，才能保證采煤機(jī)始終在最優(yōu)工況下工作。表1列出了采煤機(jī)的工作狀態(tài)參數(shù)，對其進(jìn)行實(shí)時(shí)、精確的測量是實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)自動控制的前提。

4.2 采煤機(jī)滾筒智能調(diào)高控制技術(shù)

文章所介紹的智能調(diào)高設(shè)備主要利用的是滾筒的彈性。該設(shè)備的應(yīng)用能夠使操作過程更加順利，在此期間能夠?qū)﹄姵丶傲髁康葏?shù)進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)高度的有效控制。運(yùn)用采煤機(jī)滾筒智能調(diào)高控制技術(shù)對采煤機(jī)高度的控制流程如下：①煤巖界面識別。通過采用自然γ射線探測、截割力制導(dǎo)及記憶數(shù)字程序控制等方法，實(shí)時(shí)識別煤巖分界位置，為滾筒高度調(diào)整提供依據(jù)。②數(shù)據(jù)采集與處理。利用采煤機(jī)上的各類傳感器，實(shí)時(shí)采集滾筒高度、牽引速度、截割阻力等數(shù)據(jù)，并通過機(jī)載計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和分析，判斷滾筒是否處于最佳截割狀態(tài)。③滾筒高度調(diào)整。根據(jù)煤巖界面識別結(jié)果和數(shù)據(jù)采集與分析結(jié)果，自動調(diào)節(jié)滾筒高度，使其保持在煤層中，避免切割頂板、底板及巖石，提高回采率。圖2為煤礦主控制器的數(shù)據(jù)傳輸原理。

4.3 液壓支座敏捷高效的供液系統(tǒng)

高性能液壓支承以移動速率為主要性能指標(biāo)，著重研究了其進(jìn)液網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，研制了大流量的回液系統(tǒng)。同時(shí)，為了保證系統(tǒng)的高可靠運(yùn)行，系統(tǒng)中的操縱元件與控制方式必須相互協(xié)調(diào)。本項(xiàng)目針對高壓長距離輸送技術(shù)中存在的壓力損失、高壓引起的管路斷裂、群開關(guān)過程中的壓力損失和系統(tǒng)的剛度下降等問題，提出了“集中式”復(fù)合型快速液體輸送系統(tǒng)的方案。本系統(tǒng)是基于工作面的水力，采用壓力–流量補(bǔ)償機(jī)制進(jìn)行工作。此外，還應(yīng)該科學(xué)合理的研究回葉系統(tǒng)及宋葉系統(tǒng)支撐動態(tài)的特性，保證相應(yīng)的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)智能化控制，同時(shí)也能夠維護(hù)液壓系統(tǒng)。

4.4 刮板輸送機(jī)智能化控制系統(tǒng)

利用控制中心可以對采煤機(jī)和液壓支架進(jìn)行科學(xué)、高效分析。智能控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中能夠與采煤機(jī)的傳感器進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)控制作用。此外，還能夠有效監(jiān)測采煤機(jī)的位置及運(yùn)動情況等，在此基礎(chǔ)上能夠形成相關(guān)的曲線，并能將液壓基座上的收音機(jī)接收到的航行信息反饋給指揮中心作進(jìn)一步分析，最終得到液壓機(jī)的具體位置及實(shí)際的位移等方面的數(shù)據(jù)，幫助相關(guān)人員全面了解刮板運(yùn)輸機(jī)的具體運(yùn)行情況，從而方便后續(xù)控制工作的有效開展。

4.5 牽引機(jī)智能化控制系統(tǒng)

牽引機(jī)智能化控制系統(tǒng)主要依靠變頻系統(tǒng)來工作，同時(shí)，需要將牽引變流器與主逆變器相連，并利用外部接口對其進(jìn)行控制，從而達(dá)到對采煤機(jī)進(jìn)行牽引的目的。

4.6 智能采煤設(shè)備

智能采煤設(shè)備會根據(jù)特定的環(huán)境，利用傳感器實(shí)現(xiàn)工作模式的轉(zhuǎn)換，并對采煤機(jī)和支架的狀態(tài)和位置進(jìn)行分析。利用智能開采設(shè)備預(yù)測、判斷開采路徑，使采掘機(jī)械與輔助設(shè)備協(xié)同工作，可實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)。因此要獲取設(shè)備及材料的具體位置信息，可以把控制系統(tǒng)設(shè)置在智能化采煤設(shè)備上。另外，該工作模式還可以根據(jù)不同的采礦模式自動轉(zhuǎn)換，并且將該工作模式運(yùn)用到工作狀態(tài)和支護(hù)的位置等方面，在對設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的同時(shí)，還能對采煤機(jī)的工作軌跡進(jìn)行仿真，改善采煤機(jī)與其他設(shè)備之間的配合，為相應(yīng)的時(shí)刻提供位置信息。智能化采煤裝備的合理運(yùn)用，可以提高采煤工作的效率和質(zhì)量，同時(shí)也可以降低生產(chǎn)費(fèi)用的投入。

5 結(jié)束語

采煤機(jī)在煤礦生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用，同時(shí)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用到煤礦中也變得非常重要，因此，有必要提升采煤機(jī)物聯(lián)網(wǎng)的水平。煤礦采煤及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在應(yīng)用過程中不僅能夠提升整體的切割效率，還能夠降低工作人員的勞動強(qiáng)度，同時(shí)提升開采效率。當(dāng)前，雖然采煤機(jī)物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，但是仍然需要對其進(jìn)行定期的監(jiān)測和維修，以確保其安全高效工作。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊峰.綜合機(jī)械化采煤的設(shè)備選型及總體配套設(shè)計(jì)研究[J].機(jī)械管理開發(fā)，2023，38（7）：110-111，114.

[2] 張崢嶸.薄煤層綜合機(jī)械化采煤技術(shù)的相關(guān)研究與討論[J].能源與節(jié)能，2023（1）：129-131.