礦井自動化綜采關鍵技術的研究

廖振華

（山西寧武德盛煤業有限公司，山西 忻州 036700）

引言

隨著煤炭市場競爭的不斷加劇，各煤炭生產企業不斷對綜采技術方案進行升級，提升井下綜采作業效率和自動化程度。但由于煤礦井下地質環境復雜、作業環境惡劣，在綜采作業過程中的遠程監測均是通過各類傳感器進行，直觀性差、無法準確判斷傳感器的工作狀態是否完好，而且對液壓支架支護狀態的監測準確性差，無法及時對支架的支護姿態進行判斷和調整，導致采煤機綜采作業過程中經常和液壓支架出現片幫異常情況，給井下的綜采作業效率和綜采作業安全帶來了嚴重的隱患。因此需要在井下配備專業的人員對各類傳感器的運行狀態和液壓支架的支護狀態進行判斷和調整，而利用物聯網技術和高清攝像技術建立的井下高清視頻實時監測系統、液壓支架姿態智能監測和防片幫控制系統，可實現“無人”化綜采作業。

1 自動化綜采控制系統

自動化綜采控制系統主要以物聯網為核心，將采煤機、液壓支架、刮板輸送機等綜采面作業設備連接起來，通過大量的傳感器來實現對各設備運行狀態的實時監測，通過采集大量的運行狀態數據和綜采作業流程優化，設置各個設備運行間的邏輯控制關系，從而實現對井下綜采作業過程的自動化控制，該自動化聯控系統系統結構如圖1所示[1]。

由圖1可知，該系統以主動感知和自動決策為核心，主動感知主要是通過在各類設備上添加壓力傳感器、傾角傳感器、位置傳感器、高清視頻攝像儀，實現對井下綜采作業過程的全過程監測。自動決策是指通過對各設備運行狀態監測結果的匯總，綜合判斷各設備運行狀態是否滿足聯合綜采的需求，自動對設備運行狀態進行調整，實現無人化值守作業。在系統運行過程中，各個設備的監測信息均通過以太網絡進行傳遞，滿足數據傳輸安全性和快速性的需求。

圖1 自動化綜采控制系統結構示意圖

該系統采用了模塊化的設計思想，能夠根據不同煤礦綜采面的布置結構，靈活選擇智能控制系統中的設備，具有可靠性高、穩定性好、適應性強的特點。

2 高清視頻監測系統

由于井下液壓支架組數量大，為了減少高清視頻監測系統的投入同時最大限度地消除視覺盲點[2]，因此采用了具有旋轉功能和俯仰角調節功能的高清視頻監測儀，為了確保在低可見度下的監測準確性，視頻監測系統還具有紅外補光的功能。攝像設備具有防爆、防水功能，配有自動清洗裝置，定期自動進行噴淋清洗，確保監測的清晰度。

根據井下液壓支架和采煤機的布置關系，結合視頻監測設備的性能參數，以6個支架為一個監測小單元，攝像機安裝在中間支架的頂梁上，以視頻監測設備能夠監控到范圍內截割滾筒的截割情況為準。為了滿足井下復雜環境下，視頻信號傳輸的精確性和快速性，系統以工業以太網為數據傳輸網絡的核心，確保數據傳輸的速度和安全性[3]，見圖2。

圖2 井下高清視頻監測系統結構示意圖

3 支架姿態智能監測和防片幫控制系統

對液壓支架支護狀態的監測，主要是通過在支架上設置傾角傳感器、壓力傳感器、行程傳感器等，通過對支架支護高度、支護俯仰角、液壓缸工作壓力的監測來判斷支架的支護狀態，對支架的最大支護高度、俯仰角度等設置超限報警，報警后系統自動對支護狀態進行調整，避免支架出現支護失穩現象。為了避免在調節過程中各支架因支護高度不同而導致的煤矸石從夾縫中滑落傷人的情況，設置兩個相鄰支架間的支護高度差不能超過400 mm[4]，否則會觸發報警，并自動調整。

由于綜采作業高度越大，作業過程中越容易發生片幫現象，因此在大采高支護作業時，需要對支架的支護壓力和強度進行監控，若各個支架超壓嚴重說明存在較大的片幫和冒頂隱患，因此控制系統發出報警控制信號，對液壓支架進行自動補壓和支護狀態調整，防止綜采作業過程中出現片幫和冒頂事故。

在液壓支架的頂部設置有接近傳感器，用于對支架護幫板是否到位進行檢查，若回收到位則不會觸發警戒信號，若出現回收不到位情況，則系統發出聲光報警同時控制停止采煤機的進給綜采作業，防止采煤機和液壓支架發生碰撞。

通過對該礦井自動化聯控綜采技術的實際應用，煤礦井下綜采面的單班作業人員由53人降低到了目前的25人，作業人數降低了52.8%，顯著提升了煤礦井下的綜采作業自動化程度。

4 結論

1）依此設計的采用模塊化的設計思想，能夠根據不同煤礦綜采面的布置結構，靈活地選擇智能控制系統中的設備，自動化聯控系統具有可靠性高、穩定性好、適應性強的特點；

2）高清視頻監測系統能實現對井下綜采作業過程的高清監控，實現了對綜采面采煤機、液壓支架的工作狀態進行全方位的可視化監測；

3）支架姿態智能監測和防片幫控制系統，能夠有效地提高支架支護的穩定性，避免掘進作業過程中采煤機和支架的碰撞，提升了井下綜采作業安全性；

4）新的聯控綜采技術能夠將綜采面作業人員數量降低52.8%，極大地提升了井下綜采作業的自動化程度。