綜采工作面智能監控系統研究

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（山西汾西瑞泰正中煤業有限公司， 山西 靈石 031300）

引言

綜采工作面處于煤炭開采一線，受到煤層賦存條件差、綜采設備數量多以及體積龐大、井下空間狹小、空間內含有瓦斯及粉塵等有害成分等影響，綜采工作面煤炭開采過程中極易出現安全事故[1-3]。減少綜采工作面人員數量、推動采煤工作面自動化、智能化甚至無人化對改善礦井安全生產局面具有重要意義。智能化綜采工作面在煤礦中不斷推廣，部分礦井通過采用電液控制系統、采煤機遠程控制系統等實現了遠程煤炭開采，即作業人員在回采巷道安全位置操控采煤機、液壓支架以及刮板輸送機等設備運行[4-5]。掌握采面設備運行狀態以及環境參數是實現煤炭智能化開采的一個重要方面，文中以山西某礦11503 綜采工作面開采為工程背景，提出構建智能化監控系統實現對采面開采設備、環境等遠程監控，為后續采面智能化構建創造了良好條件。

1 智能監控系統結構

具體在11503 綜采工作面構建的智能監控系統結構見圖1 所示，系統由地面、井下兩個集中監控中心構成。地面監控中心通過井下已有工業以太網環網實時獲取井下監控數據，以便地面技術人員掌握綜采工作面生產情況；井下監控中心則用以實時采集采煤機、組合開關、泵站、液壓支架等設備狀態，并根據嵌入的邏輯判斷程序對設備運行進行分析，智能發出預警指令。地面監控中心配備監控PC、服務器并通過RS485 通信方式將與井下監控中心連接；井下監控中心包括防爆交換機、防爆計算機等，防爆交換機主要用以各路設備信息通信用；防爆計算機有2 個RS485 接口，每個接口連接一種監控設備。井下監控中心將獲取到的數據統一為一種格式，并將數據傳輸給地面監控中心。井下監控中心數據采集依靠RS485 接口、通信協議為Modbus-RTU。

圖1 智能監控系統結構

由于地面監控中心結構相對簡單且技術較為成熟，文中就重點對井下監控中心設備、運行情況等進行分析。

2 關鍵監控子系統

2.1 視頻監控

視頻監控是智能化監控系統的重要組成單元，承擔采面綜采設備運行監控以及記錄等工作。視頻監控采用工控平臺對監控圖像數據進行處理，實時獲取煤壁、頂板、圍巖等情況并對液壓支架護幫板、支架底板前端、刮板輸送機以及采煤機位置等進行實時跟蹤，根據視頻監控結果可對采面“三機”位置進行動態調整，從而提高采面頂板、煤壁控制質量以及綜采設備平直度。

在11503 綜采工作面采用的攝像頭型號為pm32/vc/eb，可實現330°旋轉，在采面內間隔5 臺液壓支架布置一臺攝像頭。攝像頭布置在支架頂板上，并與液壓支架控制器連接，通過控制器實現供電預計視頻圖像傳輸。在采面布置的攝像頭可檢測綜采設備運行情況并根據自動切換功能、自動跟蹤定位采面人員位置，通過紅外補光提高攝像頭圖像清晰度。具體攝像頭獲取到的采面畫面見下頁圖2 所示。

圖2 視頻監控系統監控畫面

2.2 采面環境檢測

在采面布置各類環境檢測設備對采面內環境參數進行監測，采用的環境檢測設備包括CO 傳感器、溫度傳感器、粉塵傳感器、風速傳感器以及粉塵傳感器等。各類環境檢測設備均布置在液壓支架頂梁上并通過控制器供電，數據測定結果通過交換機傳輸給井下監控中心。監控中心PC 可實時監測、顯示各位置傳感器檢測結果，當發現檢測數據存在異常時會自動發出預警信息，并切斷采面供電。

2.3 “三機”監控

“三機”監控主要通過三級控制系統實現，三級控制系統具有邏輯控制、就地控制以及智能控制三種模式。井下監控中心通過接入到三級監控系統可實時顯示“三機”運行、刮板輸送機啟停、減速器等設備運行狀態，進而實現轉載機、刮板輸送機以及破碎等設備集中控制。

井下監控系統通過接入三級控制系統可實時監測、顯示“三機”運行溫度、電流、電壓、功率等，當發現監測值存在異常時會及時預警，從而提高“三機”運行可靠性。當采面煤壁片幫、頂板冒落時，煤巖會瞬間堆積到刮板輸送機上，嚴重時導致刮板輸送機故障；而采用“三機”監控后當發現刮板輸送機出現過載時可及時發出預警信息并停止刮板輸送機運行，從而實現設備保護。

3 現場應用效果分析

在11503 綜采工作面構建智能監控系統后，利用視頻監控、環境監控以及三機監控等實時掌握采面綜采設備、環境以及煤壁、頂底板等情況，從而為后續采煤設備控制提供指導。采面智能監控采集數據可通過井下工業以太網傳輸給地面監控中心，實現井下采煤工作面遠程監控?，F場應用后，采面布置的監控系統均可正常工作，監控數據傳輸、反饋正常，可在一定程度上提升采面安全生產保障能力并為礦井后續智能化工作面建設提供一定基礎。

4 結論

1）文中以山西某礦11503 綜采工作面為工程實例，根據采面現狀構建智能監控系統，該監控系統可實現對綜采工作面環境、設備運行狀態以及人員位置等實時監測，同時監測數據通過井下工業以太網傳輸給地面，便于地面人員及時掌握井下綜采工作面生產情況。

2）構建的智能監控系統實用性強、可靠性高，同時各子系統技術均相對成熟，可便于礦井依據綜采工作面實際情況進行調整。監控子系統供電以及輸送傳輸均通過液壓支架機載控制器實現供電以及數據傳輸，數據傳輸可靠性強。