巷道掘進機智能化技術探索與研究

范杰軒

（山西蘭花科技創業股份有限公司望云煤礦分公司，山西 晉城 048400）

蘭花科創望云煤礦現開采煤層為15 號煤層，煤層賦存于太原組下部，上距9 號煤層42 m 左右，距3 號煤層 84 m 左右。煤層厚度 2.40～12.55 m，平均4.86 m。煤層結構復雜，一般含1～3 層夾矸，個別鉆孔含4 層夾矸，夾矸厚度0.03～0.60 m，屬全區穩定可采煤層。望云煤礦2021 年規劃建設1 個智能掘進工作面，設計方案是對現有EBZ-200A 型掘進機改造利用，其他輔助設備利用現有設備，新增遠程集控系統等，注重全面設計，分布實施建設。

1 智能遠程管控平臺建設

15 號煤井下已實現機電設備之間的協同控制，但針對北翼回風掘進工作面的全參數、多系統融合的協同聯動系統，均未實現。結合北翼回風掘進工作面的裝備，研發一套用于井下集中控制中心的遠程智能管控平臺，智能管控平臺是將掘進工作面的掘、支、運、探、通、監測、通信、其他設備等集成到一個平臺上，并打通各數據之間的壁壘，實現數據的互聯互通，做到其中任何一個參數的變化，都能聯動到與之關聯的設備或系統，將危險和風險降到最低，使礦山安全管理工作提高到一個新的水平[1]。

1.1 智能管控平臺功能分析

根據掘進工作面的配套裝備、生產工藝以及控制邏輯條件，搭建一個基于掘進工作面的遠程管控平臺，該平臺具備以下功能要求：（1）互聯互通。利用物聯網技術，全面感知掘進工作面人、機、環、管等要素，實現掘進工作面人-機-環-管所有信息的互聯互通，打破“信息孤島”和“數據煙筒”現象。（2）融合聯動。通過軟件定義，實現掘進工作面各系統之間數據的融合聯動，達到整個掘進工作面所有設備的協同控制。（3）邊緣計算。具備邊緣數據處理/計算的功能，所有數據均在底層進行數據處理，減少無用信息的傳輸，提高網絡傳輸效率。（4）智慧決策。數據傳送到地面“煤礦智慧大腦”，通過大數據分析平臺，完成對掘進工作面生產工藝的再造，并將優化后的控制策略，定期反哺到掘進工作面集控中心的智能管控平臺，迭代升級工作面安全、生產、管理的智能分析與輔助決策。（5）重大危險源（隱患）預測預警。掘進工作面危險因素（水、火、瓦斯、頂板）較多，對重大隱患進行實時監測，制定不同顏色危險等級，并根據不同等級的危險隱患，聯動相應的應急預案。

1.2 智能管控平臺的實現

智能管控平臺應基于工業物聯網架構進行開發，同時應兼容現有礦井管控平臺，并確保兩個平臺之間的通信暢通。而基于工業物聯網的智能管控平臺則主要通過對工作面內各系統的通訊協議進行轉換，對各類傳感器采集的信息進行數據格式統一、數據抽取、數據清洗、數據轉換與深度融合，形成多源異構信息數據服務平臺，并通過建立統一的數據服務接口，為上層應用提供統一的數據服務，實現數據共享，為各子系統提供決策依據。掘進工作面的管控平臺的主體架構如圖1。

圖1 掘進工作面管控平臺主體架構

掘進工作面智能管控平臺部署在掘進工作面集控中心內，主要完成底層數據的采集、傳輸、數據解析、邊緣計算、協同控制、存儲、建模、分析等功能，通過光纖將數據傳遞到地面數據中心，煤礦智能大腦管控平臺對整個生產進行分析調度，實時/定期反迭代更新井下掘進智能管控平臺。掘進工作面管控平臺技術架構如圖2。

圖2 掘進工作面管控平臺技術架構

在實際電路中，可配置緩沖器的數量是有限制的，為了實現一個合理的良率提升，插入延遲緩沖器的方法可以描述為：選擇一定數量的觸發器，在其周圍插入盡可能少的可配置緩沖器以提高芯片的良率，并保證面積損耗最小.

掘進機視距遙控子系統由礦用本安型遙控發送器、礦用隔爆兼本安型車載無線接收器組成，遙控距離不小于40 m，遙控有手柄、按鍵故障自診斷功能，配件損壞時需對操作者有提示，遙控器操作按鈕布局方便司機操作。礦用隔爆兼本安型車載無線接收器，模擬輸入接口16 路，數字輸入接口16 路，PWM/數字輸出64 路，且可以直接驅動防爆電磁閥工作。

狀態數據采集系統由礦用液位傳感器、礦用隔爆壓力傳感器、礦用溫度傳感器、礦用位移傳感器等組成，檢測掘進機狀態信息，數據傳至礦用隔爆兼本安型車載無線接收器，操作者可實時觀測到掘進機工作狀態。隔爆無線接收器與掘進機電控箱通過RS485 通信，實現油泵啟停、二運啟停等功能的遙控控制。掘進機安裝煤安負載敏感比例多路電磁閥，實現遙控控制掘進機動作。

基于掘進工作面的智能管控平臺包括安全監控系統集成模塊、生產過程自動化系統集成模塊、工作面設備協同控制模塊、生產管理系統集成模塊和風險預警模塊等內容。要求該部分功能全部采用基于PC 計算機的方式實現，協同控制邏輯采用SCADA 組態軟件，方案不考慮PLC 或者類似硬件設備。

2 掘進機智能化改造分析

地面遠程可視化操作系統功能和井下遠程可視化操作系統功能基本一致，需集成音視頻圖像處理、軟件集成、數據交換、工業環網數據傳輸等功能。為了避免兩地操作時產生沖突，操作臺需具備“控制權限”物理切換按鈕。地面操作系統和前端系統利用原有的工業環網進行連接，控制響應時間不大于300 ms。遙控器和遠程操作臺上具有急停按鈕，當遙控器和掘進機的無線信號處于斷開狀態時，設備會報警停機，當信號回復時，無操作指令不得開機。在遙控狀態下掘進機2 m 范圍或設定范圍內，人員靠近報警并停機，防止視頻死角設備傷人。

安全監控系統集成模塊是在綜合展示模塊的基礎上，將礦井安全監控相關子系統進行綜合集成，包括：煤礦安全監控模塊、煤礦井下人員管理模塊、礦壓監測管理模塊、煤礦井下廣播模塊、煤礦工業視頻監控模塊等[2]。生產過程自動化系統集成模塊是在綜合展示模塊的基礎上，將礦井生產過程控制相關子系統進行綜合集成，包括：掘進機自動化監測模塊、除塵風機自動化監控集成模塊、智能局扇系統自動化監控集成模塊、運輸自動化監控集成模塊、供電監控集成模塊等[3]，實現掘進工作面工藝全流程的順序啟停，以工作面掘進、支護、運輸、輔助工藝為基礎，分析掘進機、二運皮帶機、可伸縮帶式輸送機、自移機尾、除塵風機等多個設備之間協調聯動控制關系，實現成套智能裝備的連續掘進和協調控制。生產管理系統集成模塊是在綜合展示模塊的基礎上，將基于掘進工作面相關生產管理系統進行綜合集成，包括探放水管理模塊等。

臨床教學是醫學生本科教育的一個重要階段，是從醫學生向臨床醫生過渡的一個關鍵過程，教學效果的優劣將會直接影響到醫學生今后的臨床工作能力和信心，并可能影響醫學生一生的從醫生涯[5-6]。但是怎樣才能把醫學生對臨床理論學習的興趣和積極性調動起來，提高學習的趣味性和效果，培養良好的醫德和正確的行醫規范，提升醫學生處理臨床問題的實際能力，是擺在臨床教學工作者面前的一個大問題。

奧斯汀在“兩寸象牙雕”上以真實而嚴謹的筆觸描繪出攝政王時期的鄉村新圖景，將自己長期生活的鄉村、出游沿途的景色、親友們住宅的設計改建精確地描繪在自己的作品之中。尼克森（Nigel Nicolson）這樣想象：“悠閑的旅行讓簡奧斯汀可以四下張望鄉村和集市廣場……她觀察窗外掠過的城鎮與鄉村的房屋，將它們添置進自己腦子中對建筑風格的儲備中。”[1]本文聚焦奧斯汀筆下的鄉村景觀，以樹籬與農舍為例，展現奧斯汀筆下在議會圈地時期發生巨變的農村生活，并探究作者隱藏在字里行間的真實態度。

改造后掘進機具有遠程可視化控制系統，操作方式可分為本地操作、視距無線遙控操作、井下遠程可視遙控操作、地面遠程可視遙控操作[4-5]。4 種控制方式都可以對掘進機進行獨立控制，并相互閉鎖，能夠實現一鍵緊急停機。

遠程操作可以實現掘進機全部操作，實現開機預警、掘進機油泵啟停、截割啟停及高低速切換、截割頭升降及左右旋轉、鏟板收放、星輪啟停、后支撐收放、一運啟停、二運啟停、內外噴霧開關、履帶前進后退、除塵風機啟停等控制。

遠程監控顯示的數據包括：遠程控制系統運行時間和截割時間，截割電機、油泵電機、二運電機和除塵風機電機電流，液壓系統的壓力（待機壓力，工作壓力）、油溫、油位數據及報警信號，瓦斯報警信號，供電電壓，急停報警信號，供電系統過載和過壓，漏電閉鎖等故障[4]。

那天晚上微雨，黃磊開車接她回來，一同上樓，大家都在等信。一次空前成功的演出，下了臺還沒下裝，自己都覺得顧盼間光艷照人。她舍不得他們走，恨不得再到那里去。已經下半夜了，鄺裕民他們又不跳舞，找那種通宵營業的小館子去吃及第粥也好，在毛毛雨里老遠一路走回來，瘋到天亮。

3 結語

結合煤礦實際情況和大數據、云計算、物聯網等現有的技術，對智能遠程管控平臺建設進行了分析。智能管控平臺是將掘進工作面的掘、支、運、探、通、監測、通信、其他設備等集成到一個平臺上，并打通各數據之間的壁壘，實現數據的互聯互通，從而將危險和風險降到最低。與此同時，還對掘進機進行了相應的技術改造。改造后掘進機具有遠程可視化控制系統，操作方式可分為本地操作、視距無線遙控操作、井下遠程可視遙控操作、地面遠程可視遙控操作。