煤礦綜采工作面全系統智能化控制的實現

溫亞君

【摘?要】為有步驟推進煤礦綜采工作面的自動化、智能化以及少人化進程，實現煤礦綜采工作面采煤機、刮板輸送機以及液壓支架的協同控制成為至關重要的一環。協同控制本質上是工業過程控制，為保證過程控制系統的穩定運行，需要設計有效的控制策略。協同控制是在對過程控制進行合理描述的基礎上，將各部分的信息數據進行智能化處理，并實現工業控制過程的自動化和智能化。國內外學者針對綜采工作面的單機設備以及控制性能做了較多的研究，但對“三機”設備的協同控制研究得較少，且僅局限局部設備之間的協同控制。

【關鍵詞】煤礦綜采;全系統;智能化控制

中圖分類號：TD823???文獻標識碼：A

引言

為了更好地預防和規避在開采煤礦過程中可能產生的安全事故，我國各大煤礦開采企業，對開采階段實行嚴格的安全監督管理制度，雖然取得一定的成果，但是煤礦開采過程中受到各種環境因素的影響，很容易產生不可預測的事故，只要有工作人員進入礦場，就存在安全事故發生的可能性。因此，有專家研制出了無人化開采的技術，但是當前人們對煤礦綜采工作面無人化開采的內涵、可操作性以及實現方式方面還存在較大的爭議。

1 國內綜采設備現狀

現階段，中國綜采設備的發展已從機械化和電氣化階段發展進入自動化階段，其中綜采液壓支架電液控制、三機啟停控制和采煤機跟機控制均已初步實現智能自動化，通過覆蓋全礦井工業以太網的構建，各種類型的視頻監控裝置不斷覆蓋綜采面，為井下作業的全面自動化開展提供了必要基礎。但多數礦井綜采面設備只是部分實現了集中控制，多數設備仍為單機控制。因此，需要針對性地進一步完善自動化控制方案，構建完整的自動化控制系統軟件，并配套相應的視頻技術，確保綜采面自動化控制的遠程可視化。

2 智能綜采控制系統的記憶策略

傳統的記憶截割控制策略主要是通過記錄人工控制下的采煤機截割滾筒的截割路徑來實現自動截割作業，但由于煤礦井下地質環境復雜，采煤機在綜采作業過程中作用在截割機構上的阻力變化較大。傳統的記憶截割在應用過程中存在著靈活性差、綜采效率低下的問題，因此本文在傳統記憶截割的基礎上提出了一種融合了煤層截割阻力預判系統的智能化的記憶截割綜采策略，其利用對煤層地質條件的勘察，評估出各個路徑上的煤炭的硬度情況，結合采煤機井下定位技術，在不同的階段實現對采煤機綜采截割轉速和進給速度的雙重控制，在此基礎上結合記憶截割原理，實現對煤礦井下綜采作業的高效控制。

3 智能控制過程分析

3.1 遠程控制系統的應用

在煤礦綜采工作面的開采工作過程中，相關操控人員需要針對相關的煤礦開采信息進行合理的收集，并且需要針對綜采工作面的工作安全情況加以有效的保障。為了可以適時性獲取煤礦生產工作面當中的實際工作狀況，需要通過遠程遙感系統將不同的遙感設備和無人化開采設備相互之間進行配合應用，通過模擬人類感關，以及收集綜采工作面的具體狀況來完成整個煤礦開采工作，因此可以有效提高整個煤礦開采工作的安全性以及穩定性。遠程遙感系統對自動化設備以及煤礦開采的自動化機械程度要求較低，在一些開展社會當中，如果無法完成自動化的煤礦資源開采工作，通過遙感設備可以事實性獲取煤礦生產工作面當中的重要數據信息，同時相關煤礦開采工作人員可以通過具體的信息反饋，對相關機械設備進行有效的操控，但是在針對遠程遙感系統的控制工作當中，對無人化開采設備的應用如果出現比較嚴重的地質結構的影響，或者是在實際的開采工作中設備產生重大故障問題，仍然需要相關檢修工作人員，深入到開采工作現場來進行設備維修和處理，以此來保證煤礦開采工作的安全穩定進行。

3.2 采煤機智能化技術的應用

若在具體綜采工作面作業期間，其采煤機的進刀時間相對較長，其采煤機的側刀極易導致煤礦地質環境的影響，進而影響到采煤機的實際割煤效率。基于此，在實際作業期間，工作人員應基于對采煤機進刀與循環速度的合理分析，進行進刀時長的科學控制，進而實現對對采煤機側刀應用的減少，提升綜采工作的割煤率。由于機身內部無固定點，經研究，利用350mm反正扣作可伸縮頂桿，一頭焊在護罩上一頭焊60mm長的方鋼板做固定塊與機身頂蓋頂住，這樣具有穩定、防松的作用。通過實際應用觀察發現，采煤機調高油缸管接頭保護罩起到了保護作用，避免了采煤機在生產過程中調高油缸升降片矸頂斷管接頭現象的發生。

3.3 支架電液控制子系統

綜采工作面液壓支架電液控制系統主要有控制器，電液換向閥組，電磁閥驅動器，隔離耦合器，壓力傳感器，行程傳感器，紅外線接收器，井下主機等組成。支架控制器為系統的核心部件，是一個高度集成化的微型礦用控制計算機，控制器接收來自操作人員或者系統的控制指令，根據傳感器采集到的支架狀態信息按照設計好的控制程序來控制目標支架液壓油缸的動作。井下計算機通過和工作面支架的數據傳輸，收集存儲各個支架的狀態信息，通過圖形的形式進行顯示，通過軟件XMDA對數據進行分析，以及將數據傳輸到地面。通過數據集成和數據傳輸可以將工作面其他設備的相關數據進行采集和存儲，并通過圖形的方式進行顯示，將數據傳輸到地面，實現自動跟機運行、跟機降柱、抬底、移架、升柱、調平衡、護幫板、推溜等輔助功能。

3.4 井下工作面巷道集控平臺子系統

在井下工作面巷道建立各順槽控制中心及語音/視頻監控、設備故障報警、運行狀態檢測等控制平臺，使各設備間相互協調配合，實現采煤工作面全自動化控制功能，從而實現工作面的智能化和信息化功能，提高生產率，并對工作面及巷道內采煤機、刮板輸送機、液壓支架、轉載機、破碎機、乳化液泵站的運行情況進行實時監測，發現異常情況，及時處理，同時將收集到的數據通過網絡光纖快速傳輸到地面控制中心，自動將相關數據進行識別、存儲、對比和分析，讓操作人員能夠實現數據的遠程共享與管理。

結束語

綜采作業自動智能化發展是現代化礦井發展的必然趨勢之一。礦井管理者必須高度重視相關問題，在生產中組織專業人員開展積極研究，通過綜合運用多種新型現代化技能，構建有效的綜采自動化控制系統，實現對綜采設備的集中遠程監視和操控，確保回采作業效率的同時減少回采面人員數量，實現礦井綜合效益的提升。

參考文獻：

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（作者單位：中煤華晉集團有限公司王家嶺礦）