基于VR 技術的采煤機智能控制系統的研究

古海龍

（煤炭科學研究總院，北京 100020）

引言

煤礦井下綜采作業的自動化和智能化是提升井下綜采作業效率和安全性的有效途徑，目前采煤機的綜采作業自動化程度雖然有了一定的提升，但主要還是要依靠作業人員現場進行控制和調整，由于井下粉塵濃度大、地質條件較為復雜，使綜采效率和安全性均會受到較大的影響[1]。因此，本文提出了一種新的基于VR 技術的采煤機智能控制系統并展開分析。

1 采煤機智能控制系統總體控制分享

煤礦井下綜采面“無人化”智能綜采作業的難點在于煤礦井下地質條件復雜、粉塵濃度大、能見度差，因此完全靠自動控制防難以實現控制的可靠性，因此，提出了基于VR 技術的智能控制系統，建立以防爆攝像機為核心的全面視頻監控平臺，實現對井下綜采面環境和各類機械設備運行狀態的全面監控，通過高速數據網絡，操作人員可以在地面監控中心進行可視化調整作業，及時修正自動截割過程中的偏差和異常，確保煤礦井下綜采作業過程中的安全性，該基于VR 技術的采煤機智能控制系統核心邏輯如圖1 所示[2]。

由圖1 可知，該智能綜采控制系統以綜采面巷道集控中心為核心，能夠實現對采煤機、液壓支架和刮板輸送機運行狀態的連續監測和控制。對采煤機運行的智能控制主要通過記憶截割控制系統進行實現，對液壓支架運行情況的控制主要通過跟機自動化系統進行實現，對刮板輸送機運行情況的控制主要通過智能變頻控制系進行實現，在運行過程中如果需要人工調整，則可以通過綜采面巷道集控中心發出控制指令，實現對其運行狀態的實時調整。

圖1 采煤機智能綜采控制系統邏輯示意圖

綜采面各設備的運行狀態主要通過設置在設備上的傳感器和視頻監控系統來進行監測，從而保證在綜采作業過程中對設備姿態監控的準確性，保證人工控制下系統的正常運行。

2 視頻監控系統結構

視頻監控系統是該智能控制系統的核心，直接關系到系統監測的準確性。結合煤礦井下綜采面的實際情況，該智能控制系統主要包括視頻監控設備、通信中心和控制中心三個部分，在搭建該視頻監控系統時需要保證監控的全面性和數據傳輸的通暢性，因此將視頻監控設備安裝在液壓支架上，每個支架上設置一個監控設備，通信中心主要包括光纖傳輸系統、視頻信號傳輸和拼接系統等，主要用于對監測數據信息進行傳輸和視頻解析，監控中心主要用于對視頻信號進行解析、將各設備的運行狀態實時顯示在監控中心，便于操作人員進行觀測和調整，該監控系統的整體結構如下頁圖2 所示[3]，圖中P1—P8表示視頻監控設備，S 表示正對采煤機滾筒的支架到采煤機的直線距離，α1表示最外側視頻監控胎位和滾筒監控點的夾角，C1表示能看到滾筒上目標點的第一個支架和最后一個支架之間的距離。

圖2 視頻監控系統結構示意圖

3 采煤機遠程截割控制方案

采煤機在煤礦井下的自動截割作業，采用的是以記憶截割為核心的自動控制技術[4]。采煤機在進行截割作業時，首先由作業人員控制采煤機沿著頂板進行截割作業，此時系統自動將截割滾筒的截割高度H1進行存儲，獲取綜采面頂板的高度曲線S1，同時對截割作業過程中采煤機截割滾筒的截割路徑進行存儲，完成記憶后，系統轉入記憶截割控制模式，沿著采煤機進給方向自動截割，當煤層高度發生突變后，采煤機通過截割負載的變化來發出報警，地面監控中心的人員根據視頻監控系統對采煤機進行遠程視頻控制下的截割作業，滿足井下綜采自動化和安全性的需求，基于記憶截割的采煤機截割工藝如圖3 所示。圖中S2表示煤層突變后的頂板曲線，H2表示頂板突變后的高度。

圖3 采煤機記憶截割示意圖

采煤機和液壓支架、刮板輸送機之間，采用了紅外線定位和編碼器綜合定位方案，能夠準確判斷液壓支架相對于采煤機的位置，根據預先設定的控制程序來控制各個液壓支架執行移架、收放護幫板等動作，最終實現液壓支架和刮板輸送機的跟機運行，滿足綜采面聯動運行要求，根據實際影響，采用新的技術方案后，顯著提升了綜采面的綜采作業效率和安全性，井下綜采作業人數由20 人/班降低到8 人/班，降低了約60%，綜采面掘進尺度由48 m/d，提升到了54.53 m/d，綜采效率提升了約13.6%，具有極大的應用推廣價值。

4 結論

1）基于VR 技術的智能控制系統，以防爆攝像機為核心，實現了對井下綜采面環境和各類機械設備運行狀態的全面監控，操作人員可以在地面監控中心進行可視化調整作業，及時修正自動截割過程中的偏差和異常；

2）視頻監控系統包括視頻監控設備、通信中心和控制中心三個部分，結構簡單，監測準確性好；

3）采煤機在煤礦井下的自動截割作業，采用的是以記憶截割為核心的自動控制技術，控制精確度好，穩定性高；

4）智能控制方案能夠實現將井下綜采作業人數降低60%，綜采效率提升13.6%，有效地提升了煤礦井下的綜采作業安全和效率。