礦井綜采工作面智能化巡檢系統研究

王曉亮

（山西汾西礦業（集團）有限責任公司雙柳煤礦，山西 柳林 033300）

引言

近些年來，隨著綜采技術不斷提升，單一綜采工作面煤炭推進速度、開采量不斷提升[1-2]。但是煤礦井下綜采工作面內存在有瓦斯、粉塵等危險因素，減少作業人員數量對提升綜采工作面安全生產保證能力具有重要意義。將智能化技術應用到綜采工作面是實現減人增效的重要舉措之一[3-4]。

1 工程概況

山西某礦為設計生產300萬t/年的現代化礦井，主采煤礦有3號、5號、9號、11號等煤層。3506綜采工作面回采5號煤層，煤層厚度平均2.2 m，頂底板巖性以泥巖、粉砂巖為主，煤層賦存穩定，地質條件較為簡單。采面雖然已實現綜合自動化生產，但是現場應用中仍存在下述問題：采面內安裝的視頻監控系統存在盲區；液壓支架跟機結果需要人工判定并手動校正；采煤機截割煤壁是否平直需要人工觀測確定[5-7]。上述問題均與監控系統、采煤機、液壓支架等設備巡檢密切相關。為此，文中提出一種工作面智能化巡檢系統，以便解決上述問題。

2 綜采工作面智能化巡檢系統結構

2.1 系統設計

綜采工作面內使用的系統包括有采煤機割煤系統、液壓支架電控系統、泵站子系統、三機子系統等。為了滿足綜采設備自動化控制需要，并提高采面安全生產能力，通常綜采工作面布置有視頻監控系統以及網絡傳輸系統。文中提出的智能化巡檢系統仍以綜采工作面內已有的系統為基礎構建，具體系統結構圖見圖1所示。

圖1 系統結構圖

在綜采工作面已有的自動化系統中增加巡檢子系統，并在巡檢子系統中增加圖像識別算法、軌跡測繪算法以及三維點云算法。依據獲取到的綜采設備運行數據并結合相關算法計算成果，系統通過通信網絡發送指令給采煤機割煤、液壓支架電控系統，從而調整工作面內綜采設備運行。

2.2 巡檢子系統

具體綜采工作面內布置的巡檢子系統結構見圖2所示。巡檢子系統由3個巡檢機器人構成，主要用于三維測繪、采煤機跟機以及刮板輸送機跟機巡檢。3個巡檢機器在工作面內按照預先鋪設的可以彎曲的軌道在運行。

圖2 巡檢子系統結構圖

三維測繪機器人通過激光雷達實時獲取煤壁與機器人間距離，并根據測量結果繪制采面煤壁三維圖像，為后續的采煤割煤提供數據支撐；刮板輸送機跟機巡檢機器人以慣導裝置為支撐，順著刮板輸送機邊緣移動，根據測量結果得到刮板輸送機彎曲狀態；采煤機跟機巡檢機器人布置在采煤機上，用以實時監測采煤機運行狀態以及運行位置。

2.3 智能巡檢系統功能

在綜采工作面內布置的智能巡檢系統是綜采設備自動化控制補充，具體功能體現在以下幾個方面：

1）采煤機運行狀態實時監測。依據采煤機運行速度信息、位置信息等參數設定采煤機跟機巡檢機器人與采煤機間位置，從而實現采煤機根機巡檢機器人隨著采煤機自動運行。通過巡檢機器人上隨機布置的高清攝像頭對采煤機滾筒割煤情況進行實時監控，監控畫面通過工作面內布置的通信網絡上傳至地面監控中心，從而實現監控中心實時掌握采煤機運行狀況。

2）刮板輸送機彎曲度實時測定。刮板輸送機巡檢機器人通過慣導裝置沿著刮板輸送機運行，巡檢機器人行走路線即為刮板輸送機在采面內的鋪設路線。通過實時獲取巡檢機器人運行數據即可掌握刮板輸送機彎曲度。刮板輸送機彎曲度測量結果與液壓支架根機動作結果進行比對，可獲跟機動作偏差量，并將該偏差量作為下次刮板輸送機推移量數據參考值。通過不斷體征液壓支架根機動作即可不斷調整刮板輸送機彎曲度，最終實現刮板輸送機平直。

3）采面煤壁三維測繪。采用三維測繪機器人繪制采煤煤壁三維圖像，測繪機器人沿著刮板輸送機運行，通過隨機安裝的激光雷達不斷掃描工作面煤壁，通過激光速度、激光反射時間即可知道煤壁與激光雷達間距離。系統內置的三維點云智能算法會依據距離測定結果繪制煤壁三維圖像。通過分析煤壁三維圖像內不同位置點云分布偏差，即可掌握煤壁平直程度，以便為后續采煤機割煤參數調整提供借鑒。

2.4 主要技術創新點

在3506綜采工作面使用智能巡檢系統為綜采設備監控以及采面找直提供了一種智能方法，通過各類巡檢機器人可實時獲取煤壁、刮板輸送機平直情況、采煤機運行參數以及運行畫面。采用巡檢系統內置的智能算法，實現系統智能判定、現場作業人員手動授權，綜采設備自動化控制系統自動調整的生產局面。通過在綜采工作面布置智能巡檢系統可進一步減少工作面人員數量，提升綜采設備智能化水平。

3 結語

通過在綜采工作面內使用智能化巡檢系統，為綜采工作面煤壁以及三機找直提供了一種新的技術方法，該方法具有較高的智能化水平，通過布置的巡檢機器人、智能算法即可實時掌握煤壁、刮板輸送機平直狀態、采煤機工作狀態。通過監測、巡檢獲取到的刮板輸送機彎曲度，結合液壓支架推移量等參數，通過控制液壓支架推移量即實現刮板輸送機平直。在3506綜采工作面現場應用后，智能巡檢系統可在一定程度上提升綜采工作面智能化水平，并在一定程度上減少采煤作業面作業人員數量。