智能化采煤工作面自動化技術應用研究

韋 瑜

（山西新景礦煤業有限責任公司，山西 陽泉045008）

引言

煤炭行業是我國重要的傳統能源行業，隨著各類清潔能源發展步伐的提速，至2020年我國煤炭能源占比已降至57.5%。煤礦智能化技術推進已在該行業安全生產保障、高效經營管理、提升經濟效益等方面有了顯著的成果。智能化采煤工作面裝備逐步向“數字化、網絡化、智能化”發展。因此，以某礦井3216采煤工作面智能化裝備應用為基礎，對相關自動化技術進行分析研究。

1 工程概況

某礦井3216綜采工作面呈南北走向，埋藏深度為460～530 m。本工作面煤層總厚2.19～2.79 m，平均厚度2.39 m，走向長1 390 m，傾斜長216 m，煤層傾角2°～9°，平均傾角5°。井田面積300 240 m2，可采儲量948 400 t。

2 設備配套

3216工作面主要綜采設備及參數如表1所示。

表1 3216工作面主要綜采設備及參數表

2.1 智能化系統組成

該工作面智能化系統由六個子系統組成。分別是：工作面監控中心（包括液壓支架電液控系統、三機通訊控制系統、采煤機控制通訊系統、智能集成供液系統）、綜合自動化軟件系統、無線工業以太網、工業視頻系統、地面調度中心監控系統、VOIP語音通訊系統。

2.2 創新應用效果

采煤工作面智能化裝備逐步向通訊無線化、設備集成化、智能全感知、智能化決策、自適應控制的趨勢發展，在“減人提效”方面成效顯著。

2.2.1 液壓支架電液控制系統

液壓支架電液控制系統可實現支架狀態數據采集、支架中部自動跟機、支架無線遙控等功能。通過支架遙控器遠距離控制電液控支架，大大拓展了支架操作工的觀察視野，其采用433 MHz無線載波頻率，無線通信速率38.4 kbit/s，無線遙控距離大于5 m，信號穩定準確，操作更加安全便捷。能夠遠距離控制液壓支架的動作，實現本架液壓支架的非自動控制和自動順序聯動控制及成組自動控制。工作原理主要分為無線充電、對碼、按鍵操作控制、各種信息顯示等。支架遙控器還采用了先進的無線充電技術，減少了外露接口的設計，提高了支架遙控器的防爆、防水等安全性能。利用紅外收發電路和無線模塊完成精確對碼，支架操作時間平均減少30 s。靈活的操作位置使支架操作工的人身安全明顯提高。

2.2.2 三機控制系統

三機泛指采煤機、刮板運輸機、轉載機、破碎機、皮帶機，可實現采煤生產主要裝備的語音預警、工況監測、聯動及一鍵啟停控制。通過ZJJ24型礦用監測裝置，采集電機、減速器運行參數，實現故障預警、故障停機等功能。

2.2.3 采煤機控制系統

通過DT500型載波通訊系統實現采煤機遠程控制。采用CAN總線通訊控制方式，通過牽引及采高編碼器、瓦斯傳感器等工況數據采集，實現采煤機自動記憶截割及瓦斯聯動控制。

2.2.4 智能集成供液系統

可實現自動進水、配液、供液。通過各類傳感器的數據采集，實現凈水站、泵站裝備工況監測、數據采集及自動控制。通過進出液端安裝的壓力傳感器，實現液壓過濾系統裝備的自動反沖洗。

2.2.5 無線工業以太網

可實現2.4 GHz WiFi無線通信的工作面全覆蓋、工作面—地面手機視頻通話、手機查看裝備運行工況及工業視頻監控。本質安全型無線基站使用2.4 GHz WiFi無線通信技術，允許雙向傳輸，抗干擾性強，通用性強，傳輸速率可達54 Mbit/s，傳輸距離遠（工作距離100 m）。可實現井下防爆手機WiFi熱點接入，可在全工作面實時訪問或修改視頻及其他設備數據參數。具備RS485接口，可用于自動化工作面的各類開關、變頻器的遠程控制及數據采集。基站與基站之間采用快插光纖連接器橋接，帶寬可達到千兆，適用于高清攝像儀視頻信號的穩定傳輸。外部設備連接比較靈活，采用喇叭嘴壓線方式及快插方式。

2.2.6 工業視頻監控系統

可實現工作面視頻跟機、重點區域視頻監測。高清云臺攝像儀具備TCP/IP及2.4GWiFi有線和無線雙通訊系統，視頻傳輸穩定性高。通過云臺控制，實現多角度、大范圍監測，以視頻拼接技術為基礎，實現工作面視頻全覆蓋。

2.2.7 地面調度中心監控系統

可實現工作面綜合自動化裝備遠程監控、視頻遠程監視及重要信息歷史數據記錄查詢。授權模式下可實現井下工作面三機的一鍵啟停功能。

2.2.8 VOIP語音通訊系統

可實現調度室與井下工作面及順槽皮帶的KTC101沿線電話通話，并可監聽井下沿線的語音通話及報警，用于應急事故處置。

3 技術優勢與安全效益

支架遙控器可定制化設計，操作位置高度靈活且功能齊全，危險預控能力大大提升。遙控器與控制器定向匹配，有較高的操作安全性，勞動強度小，工作效率高。

無線WiFi基站提供了高速、穩定的通訊手段，裝備數據采集、生產事故應急處理、煤礦井下防爆手機終端視頻通話和監測監控等方面實用性強。

4 結語

智能化采煤裝備應用要完成“無人化”的最終目標，還需要攻克一些關鍵核心技術。譬如：傳感器在小型化設計、無線化通訊、精確度保障方面需要加大研發力度；設備協同控制在模塊化設計、抗電磁干擾、智能化決策方面亟需優化；智能化系統在物聯網、大數據技術應用方面還有待重點攻關。