基于無線傳輸?shù)牟擅汗ぷ髅孀詣?dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)

齊衛(wèi)東 趙 強(qiáng) 龐 靜 王文婷 劉 娜

(1.棗莊礦業(yè)集團(tuán)公司蔣莊煤礦，山東省滕州市，277519；2.棗莊礦業(yè)集團(tuán)公司科技處，山東省棗莊市，277000；3. 山東煤礦安全技術(shù)培訓(xùn)中心, 山東省棗莊市,277000；4.棗莊礦業(yè)集團(tuán)公司供電工程處，山東省棗莊市,277011)

基于無線傳輸?shù)牟擅汗ぷ髅孀詣?dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)

齊衛(wèi)東1趙 強(qiáng)1龐 靜2王文婷3劉 娜4

(1.棗莊礦業(yè)集團(tuán)公司蔣莊煤礦，山東省滕州市，277519；2.棗莊礦業(yè)集團(tuán)公司科技處，山東省棗莊市，277000；3. 山東煤礦安全技術(shù)培訓(xùn)中心, 山東省棗莊市,277000；4.棗莊礦業(yè)集團(tuán)公司供電工程處，山東省棗莊市,277011)

分析了綜采工作面自動(dòng)化控制現(xiàn)狀，指出了綜采工作面自動(dòng)化控制存在的問題，針對目前綜采工作面有線信號(hào)傳輸?shù)谋锥耍O(shè)計(jì)了基于漏泄電纜傳輸?shù)木C采工作面自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)將自動(dòng)化控制、語音、視頻多信息融合，能夠有效減少現(xiàn)場作業(yè)人員、提高設(shè)備運(yùn)行效率，具有很大的可靠性。

綜采工作面 漏泄通信 多信息融合 自動(dòng)化監(jiān)控

AbstractThe current situation of automatic control of fully mechanized work face was analyzed, pointing out the existing problems and the disadvantages of the current wired signal transmission of fully mechanized work face, the automatic monitoring system based on the leakage cable transmission of fully mechanized work face was designed, the automatic monitoring fuses control, voice and video information could effectively reduce the number of in-situ operating persons, improve the efficiency of equipment operation and has favorable reliability.

Keywordsfully mechanized work face, communication leakage, multi-information fusion, automated monitoring

我國煤炭生產(chǎn)多數(shù)通過井工煤礦開采，主要采用綜合機(jī)械化采煤工藝，工作面布置有液壓支架、采煤機(jī)、可彎曲刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、帶式輸送機(jī)等主要機(jī)電設(shè)備及其輔助設(shè)備，完成煤炭生產(chǎn)過程。多年來，針對綜合機(jī)械化采煤設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)課題，不少科研院所、生產(chǎn)廠家做了大量研究、試制工作，但由于多數(shù)井工煤礦煤炭賦存條件復(fù)雜，目前工作面實(shí)現(xiàn)無人化或者全面自動(dòng)化還有一定局限性。但無論是《煤礦安全規(guī)程》(2016版)、《煤礦安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化基本要求及評(píng)分方法》(2017版)等標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)文件對采煤工作面機(jī)電設(shè)備預(yù)警、通訊等功能的要求，還是采煤工作面要求實(shí)現(xiàn)少人化、提高機(jī)電設(shè)備安全運(yùn)行效率的內(nèi)在需求，采煤工作面實(shí)現(xiàn)一定程度上的自動(dòng)化監(jiān)控還有很大的必要性。

目前，國內(nèi)公司研發(fā)生產(chǎn)的采煤工作面集中通訊控制系統(tǒng)均采用多芯電纜有線傳輸方式來解決分布式通訊控制分站通信問題，多芯有線電纜布置于采煤工作面和兩巷道沿線，受巷道、頂?shù)装濉⒃O(shè)備空間等采場因素影響，有線電纜故障率高、使用可靠性上受到了一定限制。基于此，本文對無線自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了分析，解決了煤礦井下無線通信無盲區(qū)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了采煤工作面設(shè)備生產(chǎn)工藝自動(dòng)化監(jiān)控。

1 無線傳輸方式選擇設(shè)計(jì)

1.1 無線傳輸方式選擇

采煤工作面通訊控制分站較多，為減少工作面及巷道線纜，采取無線傳輸方式解決采煤工作面自動(dòng)化控制可靠性問題，實(shí)現(xiàn)多信息集中傳輸。目前，我國煤礦無線通信傳輸方式主要是分布式分站和全線漏泄電纜傳輸兩種。分布式分站傳輸方式占用分站多、傳輸距離短、維護(hù)困難，很難在井下全面推廣使用；全線漏泄電纜傳輸分式是將漏泄電纜布置在巷道中，具有一定的自由空間，只需定距離安裝中繼器即可實(shí)現(xiàn)無盲區(qū)傳輸，占用設(shè)備少，具有無可比擬的優(yōu)越性。

1.2 無線漏泄傳輸原理

漏泄電纜是一種特殊結(jié)構(gòu)的同軸電纜，通過外導(dǎo)體上的鉆孔孔槽將電磁波漏泄出來,可與收、發(fā)信機(jī)進(jìn)行無線通信，傳輸特性與同軸電纜相似。漏泄通信利用漏泄電纜作為無線傳輸信道，將采煤工作面控制分站、語音報(bào)警裝置、電氣閉鎖裝置和無線視頻裝置有機(jī)融合，通過收、發(fā)無線傳輸裝置，實(shí)現(xiàn)控制、語音、視頻等多信息集成傳輸。漏泄通信電磁波工作于數(shù)兆赫茲到數(shù)百兆赫茲的頻段，在井下巷道短距離無線傳輸中，受環(huán)境影響小，能夠適用于煤礦井下巷道環(huán)境。

1.3 無線控制指令傳輸

采煤工作面安裝有液壓支架、可彎曲刮板輸送機(jī)、采煤機(jī)、液壓泵站、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、帶式輸送機(jī)等多種生產(chǎn)機(jī)電設(shè)備，無線控制手持機(jī)是采煤工作面自動(dòng)化控制的關(guān)鍵設(shè)備。無線手持機(jī)根據(jù)需要設(shè)定各種控制鍵，控制鍵采用雙音多頻 DTMF(Dual Tone Multi Frequency)原理傳輸指令。雙音多頻由高頻群和低頻群組成，高、低頻群各包含4種頻率，任意兩個(gè)高、低頻信號(hào)疊加組成一個(gè)無線傳輸信號(hào)，代表一個(gè)控制指令，每一個(gè)指令可由主控制器進(jìn)行定義，例如指令1可定義為可彎曲刮板輸送機(jī)啟動(dòng)、指令2可定義為可彎曲刮板輸送機(jī)停止等等。DTMF指令有16個(gè)編碼，分別代表不同的控制指令和控制功能。DTMF發(fā)生器基于兩個(gè)二階數(shù)字正弦振蕩器，一個(gè)用于產(chǎn)生行頻，一個(gè)用于產(chǎn)生列頻，主控器采用DSP，裝載相應(yīng)的系數(shù)和初始條件，可以只用兩個(gè)振蕩器產(chǎn)生所需的八種音頻信號(hào)。雙音多頻的撥號(hào)鍵盤采用4×4的矩陣，每按一個(gè)鍵就發(fā)送一個(gè)高頻和低頻的正弦信號(hào)組合，主控制器可以解碼這些頻率組合并確定所對應(yīng)的按鍵。

2 無線自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

無線自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)采用湖北沙鷗通信股份有限公司研制生產(chǎn)的KTL129X可視化漏泄通信系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)采煤工作面自動(dòng)化監(jiān)控功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。信號(hào)主臺(tái)、采煤面主控制器、監(jiān)視器等主要部件安裝在采煤工作面設(shè)備列車處，全部以漏泄通信電纜為傳輸介質(zhì)，采煤工作面系統(tǒng)所有控制、語音、視頻信息通過漏泄電纜上行傳輸?shù)終TL129X信號(hào)主臺(tái)，信號(hào)主臺(tái)將所有視頻信息解析到監(jiān)視器進(jìn)行顯示；采煤工作面采煤機(jī)、可彎曲刮板輸送機(jī)、液壓泵站等布置在設(shè)備列車處的磁力啟動(dòng)器開關(guān)控制信息由信號(hào)主臺(tái)解析到以可編程控制器為中心的采煤面主控制器，橋式刮板輸送機(jī)、帶式輸送機(jī)等布置在運(yùn)輸巷道的磁力啟動(dòng)器開關(guān)控制信息有信號(hào)主臺(tái)解析到漏泄電纜下行傳輸?shù)礁餍盘?hào)分臺(tái)，實(shí)現(xiàn)采煤工作面系統(tǒng)設(shè)備集中控制；安裝在采煤工作面設(shè)備列車處的KTL129X-C信號(hào)主臺(tái)和采煤工作面沿線的KTL129X-J信號(hào)分臺(tái)，對漏泄電纜傳輸系統(tǒng)中語音、控制、視頻信號(hào)進(jìn)行濾波、隔離、解調(diào)、處理，并顯示和控制相應(yīng)的設(shè)備，完成采煤工作面系統(tǒng)設(shè)備的監(jiān)控。漏泄電纜覆蓋采煤工作面及兩個(gè)巷道，可延伸到其他任何地點(diǎn)，在需控制的橋式刮板轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、帶式輸送機(jī)等磁力啟動(dòng)器處安裝KTL129X-J信號(hào)分臺(tái)，需監(jiān)控的重點(diǎn)場所安裝KTL129X-SF無線攝像儀，工作面每隔30 m安裝無線語音報(bào)警音箱，手持機(jī)具有喊話和音響功能。

2.1 采煤工作面設(shè)備集中控制模式

采煤工作面及輔助運(yùn)輸人員每人配備手持機(jī)一臺(tái)，實(shí)現(xiàn)所有手持機(jī)、信號(hào)分臺(tái)之間全域通信。根據(jù)采煤工作面機(jī)電設(shè)備自動(dòng)控制要求，可分為集中控制和就地控制兩種方式，集中控制方式通過手持機(jī)實(shí)現(xiàn)，被授權(quán)的手持機(jī)通過單鍵、組合鍵操作，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)開停、可彎曲刮板輸送機(jī)雙速雙機(jī)自動(dòng)切換啟停、轉(zhuǎn)載機(jī)啟停、破碎機(jī)啟停、多部帶式輸送機(jī)啟停等多種功能，可根據(jù)各種運(yùn)輸設(shè)備的貨載情況，實(shí)現(xiàn)順煤流、逆煤流等靈活啟停方式，集中控制具有聯(lián)控、單控、點(diǎn)控等選擇方式。漏泄電纜終端安裝有斷線檢測裝置，漏泄通信主控制器一旦檢測到漏泄電纜斷線，全線設(shè)備立即處于停止?fàn)顟B(tài)。手持機(jī)具有緊急停止按鍵，一旦按下，全線設(shè)備立即處于停止?fàn)顟B(tài)。一旦漏泄通信系統(tǒng)失效或檢修需要，可退出無線集中控制方式，采煤機(jī)等設(shè)備即可采取原動(dòng)力電纜中的控制芯線實(shí)現(xiàn)就地控制方式。

圖1 采煤工作面自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)圖

2.2 采煤工作面通訊功能實(shí)現(xiàn)

所有工作面作業(yè)人員均持有手持機(jī)，能夠相互進(jìn)行群體通話對講。工作面沿線每隔30 m掛接一臺(tái)無線語音廣播，能夠廣播作業(yè)人員通話、機(jī)電設(shè)備啟動(dòng)、停止警示信號(hào)。無線通信廣播同時(shí)具備喊話、急停功能按鈕。

2.3 采煤工作面視頻監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)

無線漏泄自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)具有多路視頻傳輸功能，根據(jù)視頻監(jiān)控需要，可在采煤機(jī)、輸送機(jī)轉(zhuǎn)載處等重要地點(diǎn)安裝KTL129X-SF無線攝像儀及發(fā)送裝置，利用漏泄電纜傳輸至KTL129X-C信號(hào)主臺(tái)，多路解析至防爆監(jiān)視器，實(shí)現(xiàn)采煤工作面全煤流系統(tǒng)的視頻監(jiān)控。遇到卡矸石、煤流混雜長料、機(jī)械故障等意外情況時(shí)，可實(shí)現(xiàn)人工緊急停車。防爆監(jiān)視器可利用井下工業(yè)以太網(wǎng)將采煤工作面視頻傳輸至地面調(diào)度室，實(shí)現(xiàn)地面對采煤工作面生產(chǎn)情況的監(jiān)視。

3 結(jié)論

當(dāng)前，我國多數(shù)井工煤礦采煤工作面受煤層賦存條件影響和設(shè)備可靠性限制，采煤工作面設(shè)備流程控制基本上還處于人工經(jīng)驗(yàn)操作方式上，有線傳輸、多線傳輸信號(hào)的模式還不能滿足可靠性要求。研發(fā)采用以漏泄電纜為傳輸介質(zhì)的工作面無線自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，能夠減少工作面多芯有線電纜，解決煤礦井下無線通信無盲區(qū)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)采煤工作面設(shè)備生產(chǎn)工藝的自動(dòng)化監(jiān)控，減少現(xiàn)場作業(yè)人員，提高復(fù)雜作業(yè)空間的本質(zhì)安全化程度，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

[1] 陳湘源. 煤礦無線通信系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].工礦自動(dòng)化，2009(1)

[2] 劉占飛.薄煤層采煤機(jī)自動(dòng)化控制技術(shù)與實(shí)踐 [J].中國煤炭,2014(8)[3] 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.煤礦安全規(guī)程[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2016

[4] 國家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化基本要求及評(píng)分辦法[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2017

(責(zé)任編輯 張艷華)

Automaticmonitoringsystemforcoalminingfacebasedonwirelesstransmission

Qi Weidong1, Zhao Qiang1, Pang Jing3, Wang Wenting3, Liu Na4

(1. Jiangzhuang Coal Mine, Zaozhuang Mining Industry Group Limited Company, Tengzhou, Shandong 277519, China; 2. Science and Technology Department, Zaozhuang Mining Industry Group Limited Company, Zaozhuang, Shandong 277000, China; 3.Shandong Coal Mine Safety Technology Training Center, Zaozhuang, Shandong 277000, China; 4. Power Supply Engineering Department, Zaozhuang Mining Industry Group Limited Company, Zaozhuang, Shandong 277011, China)

TD67

A

齊衛(wèi)東，趙強(qiáng)，龐靜等.基于無線傳輸?shù)牟擅汗ぷ髅孀詣?dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)[J].中國煤炭，2017,43(9)：90-92. Qi Weidong, Zhao Qiang, Pang Jing, et al.Automatic monitoring system for coal mining face based on wireless transmission[J]. China Coal, 2017，43(9):90-92.

齊衛(wèi)東(1969-)，男，山東單縣人，工學(xué)碩士，高級(jí)工程師，從事煤礦安全工程管理與技術(shù)研究工。