關于晉煤集團寺河礦智能化工作面的研究分析

郭 凱

（晉煤集團寺河礦，山西 晉城048200）

引言

近年來，煤炭行業加速推行礦山數字化技術的應用，提出了智能化工作面的建設，但是智能化工作面的設計和應用較為前沿，在系統的構建過程中存在很多問題和爭議[1-3]。除此之外，智能化工作面系統組成設備的性能參數在工作過程中極易受到外界因素的影響，例如煤層傾角、工作面周圍環境、設備之間的協作情況、操作管理人員的技術水平等，并且上述影響因素具有隨機性，智能化工作面運行過程中就會存在不穩定問題[4-6]。為了提高智能化工作面的管理水平與經濟效益，結合晉煤集團寺河礦智能化工作面的建設情況，展開智能化工作面的可靠性研究。

1 智能化工作面系統構成及功能

智能化工作面在煤炭行業較早出現，其含義是井下煤礦回采工作面不需要工人，通過采煤設備的遠程操作、監視和控制，使工人擺脫傳統的工作面作業形式，完成井下煤炭的開采。智能化工作面系統通常由集中控制中心、采煤機智能控制系統、支架圍巖電液控系統、工作面設備信息監控管理系統、智能通訊網絡系統、礦用防爆智能負荷中心系統和泵站自動化控制系統組成。各系統之間采用工業以太網與無線網聯系在一起，借助通信技術完成數據的傳輸。

工作面集控中心用于井下煤炭開采工作的集中調度；采煤機智能控制系統運用傳感器件實時監測采煤機的運行狀況；智能網絡通信技術主要完成遠程信息的傳輸；支架圍巖電液控系統用于對支架控制組件的綜合控制；工作面設備信息監控管理系統主要是將井下工作面處的實際作業情況進行視頻監視；智能通訊網絡系統主要將綜采工作面內的全部網絡設施進行聯網，形成封閉的局域網；智能負荷中心系統用于保證智能化工作面的持續供電需求；泵站自動化控制系統為工作面提供工作需要的壓力。

2 模糊綜合可靠性評價方法

模糊綜合評價主要采用了模糊線性變換原理和最大隸屬原則進行可靠性的評價，適應于系統較為復雜、多因素共同影響的情況。通過對系統進行分級評價，由最末級影響因素進行量化評價，逐級向前進行系統的量化評價，最后得出系統的綜合評價結果。模糊綜合評價方法主要從整個系統的角度出發進行可靠性評價。本文采用模糊綜合可靠性評價方法完成整個智能化工作面的可靠性分析。

3 可靠性評價方法的應用

晉煤集團寺河礦智能化工作面主要包括集中控制中心、采煤機智能控制系統、支架圍巖電液控系統、工作面設備信息監控管理系統、智能通訊網絡系統、礦用防爆智能負荷中心系統和泵站自動化控制系統，將其作為智能化工作面的可靠性評價指標。通過對可靠性評價指標的分析，兩兩對比得出各系統相對于整個智能化工作面的權重值。采用相同的方式對各個分系統進行了可靠性評價，得出可靠性指標相對于各個子系統的權重值。權重評價結果如下頁表1所示。

運用模糊綜合可靠性評價方法對智能化工作面及其各子系統進行評價分析，以最少的人力、財力、物力獲得有效的智能化工作面可靠性評價結果，明確智能化工作面工作過程中的薄弱環節。因智能化工作面系統組成較為復雜，許多因素不能只用可靠或者不可靠進行評價，基于此指定了評價等級包括非?？煽俊⒈容^可靠、一般可靠、不太可靠、很不可靠。評價過程中的專家為晉煤集團寺河礦中智能化工作面的設計人員和操作人員等20人，可靠性評價結果如下頁表1所示。

4 智能化工作面可靠性分析

基于模糊綜合可靠性評價方法，采用最大隸屬度原則，完成各個子系統的可靠性評價。

表1 評價結果

4.1 各子系統可靠性分析

4.1.1 集中控制中心

集中控制中心可靠性評價結果為一般可靠，該系統的可靠性仍需進一步提高。實際生產過程中，傳輸帶的磨損使實時圖像的傳輸滯后，圖像監視不可靠；通過增強人員檢查、工作面廣播系統的可靠性，能夠提高集中控制中心的可靠性。

4.1.2 采煤機智能控制系統

采煤機智能控制系統可靠性評價結果為不太可靠，該系統的可靠性有待進一步提高。實際生產過程中煤炭識別系統不穩定，主要原因是工作面處的煤層和巖層區別不大，極易出現挑頂割底問題，使智能化采煤機實現自動適應采煤功能較為困難，大部分時間都要采用方形切割的方法開展采煤工作。

4.1.3 支架圍巖電液控制系統

支架圍巖電液控制系統可靠性評價結果為比較可靠，該系統的可靠性比較好。實際生產過程中隨著電液自動化控制技術的飛速發展，元器件可靠性的不斷提高，支架圍巖電液控制技術越來越成熟，控制過程的可靠性逐年升高。

4.1.4 工作面設備信息監控系統

工作面設備信息監控系統可靠性評價結果為一般可靠，該系統的可靠性仍需進一步提高。傳感器工作環境極其惡劣，其精度保持性和抗干擾性一定程度上會受到破壞，出現信號采集不準確的情況；遠程診斷系統在井下進行信號傳輸過程中，對通信寬帶要求較高，稍有干擾就會產生不可靠因素，但是因其權重系數不高，對整個系統的可靠性影響不大；其他系統運行過程中的可靠性均較好。

4.1.5 智能通訊網絡系統

智能通訊網絡系統可靠性評價結果為一般可靠，該系統的可靠性仍需進一步提高。智能通訊網絡系統中的無線通信基站在地面調試結果較為理想，可工作面位置環境多變，存在許多的障礙物，可能會妨礙通訊，因此智能化工作面進行無線通信基站配置時需要充分考慮基站的功率和密集度，避免受到井下障礙物的干擾，提高系統的可靠性。

4.1.6 智能負荷中心系統

智能負荷中心系統可靠性評價結果為非?？煽?，該系統工作可靠。實際生產過程中智能負荷中心系統能夠為智能化工作面可靠供電，具有很好的系統兼容性，保證智能化工作面可靠運行。

4.1.7 泵站自動化控制系統

泵站自動化控制系統可靠性評價結果為非?？煽?，該系統工作能夠滿足整個系統的要求。實際生產過程中泵站自動化控制系統能夠為智能化工作面提供液壓壓力，控制能力較好，有利于提高礦井的管理水平。

4.2 智能化工作面可靠性分析

完成智能化工作面七個子系統可靠性分析之后進行智能化工作面的可靠性分析，同樣基于模糊綜合可靠性評價方法，采用最大隸屬度原則計算分析，得出智能化工作面系統中非常可靠占比0.221 9，比較可靠占比0.234 1，一般可靠占比0.292 8，不太可靠占比0.189 0，很不可靠占比0.061 8。綜上所述智能化工作面的綜合分析結果為一般可靠趨于比較可靠。

5 結論

目前，我國煤礦智能化開采還處于探索和研究階段，很多關于智能化工作面的理論和技術還不是很完善。將模糊綜合可靠性評價方法應用于晉煤集團寺河礦中智能化工作面，對其進行智能化工作面的可靠性評價與分析，不僅能夠獲得智能化工作面分系統中各指標的可靠性情況，還能對整個智能化工作面進行可靠性評價，省時省力，具有較好的工程應用價值。