智能化回采面的可行性研究

陶存波

中煤新集能源股份有限公司安徽省淮南市23200

摘要：随着我国科技水平的快速提高，无论是在工业生产的过程中，还是在人们的日常生活中，科学技术的应用范围都变得越来越广泛，尤其是在采煤工作中的应用，更是极大地提高了这一工作的有效性。因此，将智能化采煤技术应用到回采工作面已经是势在必行。

关键词：智能；回采工作面；效率

一、概述

对于我国煤矿业的快速发展有着十分重要的作用。综采工作面的智能化，能够有效减少采煤环节中的成本支出，由于我国对这一技术的应用时间较短，在实际操作过程中不可避免的就会出现这样那样的问题，为了推进智能化技术在采煤工作中的应用，本文将针对这一技术在应用过程中存在的问题，提出切实可行的解决方案

二、存在问题

1、综采工作面无法达到工作要求

要想实现智能化采煤技术在综采工作面中的有效应用，就必须要保证综采工作面的平整，避免由于工作面建设的不达标，而造成施工过程中出现输送机上下滑动的问题，增大施工的风险性，降低工作效率。为了避免在煤矿开采工作中，由于综采工作面地质环境的变化而引发安全事故，在应用智能化采煤技术前就必须要在工作面周围设置相应的监控系统。

2、通信平台不统一

以太网的建立是保证智能化采煤技术在综采工作面有效应用的关键。就当前这一技术在实际采煤工作中的应用现状来看，不仅应用范围具有一定的局限性，而且对于系统的建立也不够完善。以太网主要是用来传递各类信息的，它在采煤工作中更侧重于对实时监控信息的传递，并没有真正的发挥出它应有的作用。

3、工作人员的专业素质水平有待提高

在进行煤矿开采作业时，需要专业的技术人员做好对综采工作面的实时监控，并能采取有效的应对措施，来防止问题的进一步扩大。因此，如何提高从业人员的专业技术水平已经成为当前煤炭开采行业中一个亟待解决的问题。

三、系统控制研究

智能化回采工作面要突破井下恶劣复杂条件下信息安全传输、煤岩识别、工作面推进线度控制、设备的姿态定位、安全感知、可视等多种技术，形成一体化的智能控制系统。

1、工作面自动化控制系统功能

对工作面运输机的控制和检测：对刮板运输机冷却水的控制；对刮板运输机冷却水流量的检测；对刮板运输机链条张紧力的监测；对冷却水压力的检测；对传动设备耦合器充排液的控制；对设备配套模拟量传感器（PT100、压力、流量等）信息的转换和采集；对开关保护和监测监控信息采集和对开关设备分合闸的控制；对运输机沿线带急停动作和扬声器工作状态的检测；对工作面转载机、破碎机及相应供电设备的检测监控：通过电磁阀进行冷却水控制；通过电信号流量计进行冷却水流量检测；通过电信号压力传感器对冷却水压力进行检测；对设备配套模拟量传感器（PT100、压力、流量等）信息进行采集；对组合开关监测监控信息进行集成。

2、对滚筒式采煤机的监控

2.1提供总线通讯协议和接口支持：

采煤机控制系统提供Modbus-TCP、Profibus或者其它较快速率的总线协议支持，通过RJ45或者光口接入工作面控制台交换机或者工作面主控制器。

2.2具备常规采煤机的基本就地控制功能：

可以通过工作面集中控制设备，对采煤机进行远程控制，发送采煤机自动运行允许，调整采煤机的牵引速度上限、调整滚筒高度和停止采煤机运行。采煤机在工作面中间区域可以自动运行，可以与支架和刮板机进行联动。通过总线通讯接收工作面刮板运输机负载信息，根据刮板机负载进行采煤机牵引速度调整。在工作面两端还可以根据采煤工艺进行自动运行，如斜切进刀、割三角煤、倒退扫底等工艺，用户可以根据需要对煤机动作进行在线配置。

2.3自动化采煤机具体要求

具备可配置复杂工艺程序的记忆截割功能，以满足不同工作面的采煤工艺要求，工艺可通过配置进行修改；自动控制的精度高，行走位置检测分辨力不大于1cm，典型位置控制精度优于±5cm，记忆截割典型采高重复误差±2.5cm，采高记忆曲线位置分辨力为10cm，具有线性插值、采高精度与牵引速度的自适应调节与预期控制等；可在本地和远程上位机实现学习记忆、自动操作、自动过程的在线学习修正、无限制的中断与恢复等。

采煤机通讯稳定可靠，采用高速全双工调制通信、稳定可靠的高阶信号滤波以及虚拟专用通道等技术，抗干扰能力强，支持全功能远程操作控制及煤机运行状态的远程全面监视，稳定连续传输总带宽大于100kps；从工作面控制台到采煤机的内部指令传输延迟不大于20mS，延时抖动小于1mS；具备故障预诊断能力；

记忆截割自动操纵软件可以实现牵引速度与采高控制精度自适应调节，实现高精度自动记忆截割；实时通讯状态检测，设置检测及校验，当通讯失败或是校验出错的情况下，采煤机可快速保护锁定，不允许启动及操作（就机模式除外）；具备就机操作、远程自动控制两种模式互锁功能，在就机模式下，不允许远端控制；在远端控制模式下允许就机控制，用以保证采煤机操作的安全性；采煤机上电前对基本模块进行状态检测，电机启动预警，在自动操作模式下对采煤机各关键传感和执行环节工作状态实施连续监测，异常报警或退出自动模式必要时保护停机；采煤机自动记忆截割模式下，各项操作均可以人工干预，人工干预具备比较高的优先级。

4.4采煤机智能化其他方面还有红外摄像机功能，能提高工作面采煤地点周围低照度、高粉尘工况下视频辨别能力；利用雷达探测技术感知周围的障碍物实现防止机械碰撞、煤层分层检测技术用以检测煤岩的赋存分布状况，通过智能记录并处理，实现采煤机智能化自动割煤。

4.5检测对象

采集切割滚筒电机电流、冷却水温、电机温度、接地、短路以及过载；采集摇臂油缸伸缩量、角度，对摇臂高度进行控制，对采煤机液压泵站运行状况信息进行采集；采集行走电机及变频器运行状况，设置采煤机牵引速度上限；其它参数、变量、故障、状态信息；刮板运输机负载信息等等。

5、液压支架自动控制功能

提供总线通讯协议和接口支持包括：支架电液控制系统提供Modbus-TCP、Profibus或者其它较快速率的总线协议支持，通过RJ45或者光口接入工作面控制台交换机和采煤机控制器。

支架可实现成组程序自动控制，包括成组自动移架、成组自动推溜、成组自动伸收护帮板、成组自动伸收伸缩梁、成组自动喷雾。支架可实现邻架/隔架电控的手动电控操作及邻架自动操作，实现本架电磁阀按钮的手动操作。配备红外线发射、接收装置，可与工作面采煤机实现联合自动动作，支架能满足与采煤机、刮板机进行自动割煤要求。对立柱的工作压力、推移千斤顶的行程、采煤机的位置、方向进行监测，能在井下主控计算机上显示。每台支架电液控制系统配备1个倾角传感器，安装在支架顶梁，用于控制支架顶梁的姿态，同时，每隔10架配备1个倾角传感器和1个激光测距仪，分别安装在支架底座和立柱外围，作为测量基准。电液控制系统设有声音报警、急停、本架闭锁及故障自诊断显示功能，并能方便地进行人工手动操作，能够在线进行参数调整设定。在支架控制器和主控制计算机上具有对支架控制系统的故障诊断、显示和报警功能。具有程序的上传和下载功能。能在工作面就地操作及远程操作。能在工作面实现本架闭锁和工作面急停功能。

6、工作面三维虚拟现实：建立高仿真度虚拟工作面生产现场情况，通过传感器等外部设备采集的实时数据来驱动画面中的虚拟设备工作，实现三维可视效果，实时反映工作面的情况，产生身临其境的感觉。

四、总结

回采工作面自动化控制水平是体现煤矿现代化水平和煤机装备先进程度的重要指标，研究智能化开采技术可以提高装备水平，提高资源开采效率，避免重大事故的发生，具有较大的经济及安全效益。

参考文献

[1]仁怀伟，候刚.《智能化综采工作面视频监控系统》.煤炭科学技术,2015.12.

[2]高贵林.《智能化综采工作面的设备选型》.科技情报开发与经济,2016.11.