綜采工作面采煤機遠程智能遙控技術

易瑞強

(陜西黃陵二號煤礦有限公司，陜西 延安 727300)

0 引言

煤炭的開采是綜采工作面最主要的環節，其中屬采煤機割煤開采作業最為關鍵。工作中，采煤機操作人員需要在工作面實時的跟機操作，精神需要保持高度的集中，同時還須具備快速的反應能力。因此，在生產中有效的減少在工作面對人員的依賴性，既能合理的控制采煤機的割煤、量化生產狀態，更可以有效地避免生產環節的不安全事故的發生，同時，也為高效率的煤炭生產提供保障[1-3]。

目前，國內外采煤機均已具備記憶截割、遠程順槽通訊控制等功能，目的是減少工作面的人員操作；介于以上基礎，配合實時采煤機狀態姿態定位和視頻系統，通過操作臺實現的完整控制體系則是采煤機遠程智能遙控技術研究的核心[4-7]。基于采煤機遠程智能控制系統實時監視和遠程控制割煤的基本功能，同時通過遠程記憶割煤技術的實現，使采煤機與運輸系統、液壓支架的聯動控制成為可能，為無人工作面的實現奠定基礎，為安全高效礦井建設與生產提供了技術保障和設備支撐。

1 發展現狀及總體要求

1.1 國內技術發展現狀

目前，我國國內綜采工作面單機裝備的自動化技術研究已取得了一些成果，均具有遠程控制系統，且已經完全實現了國產化，基本達到了國外同類技術水平[8-10]。在智能型采煤機方面，國內采煤機基本實現了記憶割煤和采煤機位置檢測、搖臂調高控制和機身姿態檢測、機身水平控制等。遙控控制方面，基本都具備機身遙控器控制，但距離僅僅只有幾米，根本無法將人工解放出采場；然而對真正意義的遠離采場的遠程控制系統的實際操作和使用卻不盡理想，不但操作的人機效果體驗不佳，在實際應用中采煤機的各種調整尚需人工干預。

1.2 總體要求

綜采工作面生產過程，根據不同采煤機工藝的需求而復雜多樣，對工作面采煤機本身和煤機司機的安全性和穩定性提出了很高的要求，為實現操作人員遠離采場的目標，采煤機遠程控制除基本功能之外，還提出了準確性、響應快速、智能化預警控制、聯動控制等要求[11-13]。智能化控制技術的核心正是從控制的穩定性、自動化集控程度到智能化的升級，將人為的干預操作智能化的決策并實現控制，用控制邏輯代替人腦實現快速的預判和全局的掌控，研究這些內容的主要理念應圍繞著采煤機周邊設備和人員的安全性，所以其控制理念一定是，設備的集成協同控制和安全的操作策略，這樣才能充分解放出采場人員和發揮設備間的協同配合，使得開采的安全性和效率得到提高。

2 采煤機遠程智能控制技術

2.1 遠程控制技術的系統方案

總體方案：常用的采煤機遠程控制系統，是基于采煤機自身與其順槽的控制端通訊后，人員操作采煤機操作臺通過與采煤機位置監測系統通信獲取采煤機的位置和行進方向。依據采煤機視頻系統，操作臺發出相應指令(如滾筒的升降、牽引加減速等)，該指令通過數據通信總線與采煤機通信，將信號傳送給采煤機，從而實現對采煤機的遠程控制，總體方案如圖1所示。

圖1 采煤機遠程控制整體系統結構圖

控制流程：在順槽監控中心，操作者只需坐在監控中心即可通過顯示器觀察到工作面的情況，通過語音通信進行調度、聯絡；通過操作臺遠程操控工作面上采煤機進行割煤，配合采煤機運行數據、視頻、語音、支架自動跟機和采煤機記憶割煤實施工作面生產系統協調集中控制功能。該遠程控制系統，基于靈活系統框架，可兼容CS/BS架構的應用，可以實現井下和地面對采煤機的集中控制的技術突破，跨時代的讓地面割煤成為可能，其控制流程如圖2所示。

圖2 采煤機遠程(井下/地面)控制數據流

2.2 安全控制邏輯和操作策略

安全控制流程：由于對于遠程控制技術的前提是無人和少人值守的情況，所以關于設備和人員的安全必須作為首要前提，在此提出的安全控制流程如圖3所示。

具體操作規程：其中主要根據數據的流向等各種安全因素的考慮下控制流程，并按照以下幾方面操作規程執行，將安全時刻放到第一位。①遠程控制開始前確認周邊設備環境；②遠控條件允許確認工作面環境；③請求遠控獲得授權并發出預警；④遠控過程中時刻保持有人值守；⑤遠控異常暫停可確認安全之后恢復；⑥遠控安全退出。以上所有的步驟均從人身安全、生產及設備的角度出發，時刻保證閉環安全控制，使操作人員有足夠的信心進行遠程操作。

圖3 安全控制流程

2.3 遠程記憶截割控制技術

技術優勢：針對現有遠程記憶割煤功能，記憶割煤是自動割煤的一種模式，其主要思想是通過學習的示范刀記憶高度曲線，然后在記憶模式下按照記憶的曲線自動調整滾筒采高和臥底的方式，在遠程智能遙控技術研究內容中，除以往的采煤機自身記憶割煤，主要針對遠程主機作為智能核心的自動割煤研究，主要功能均在遠程主機內完成，比設備本身的控制器具有更全局更為強大的算法邏輯的優勢。

具體功能：遠程主機自動工作方式分別為在高度記憶和操作記憶方式下的學習模式、記憶模式、干預模式。①學習模式下，進行人工操作，進行示范(高度和操作)學習和在線學習(人工干預將記錄并作為以后記憶割煤的示范(對應高度)曲線)；②記憶模式下，采煤機根據示范(高度)曲線進行記憶割煤，可人工干預，但人工干預不修改示范(高度)的曲線；③干預模式是在記憶模式下人工操作指令干預之后，遠程采煤機主機將操作權交給人工操作；按下記憶按鈕或退出干預按鈕后，遠程采煤機主機收回操作權，繼續進行記憶割煤。

2.4 采煤機與支架、刮板等設備的協同控制技術

采煤機和支架的互幫防碰撞檢測和預警技術：通過預先檢測采煤機前行方向上是否有支架的護幫未收回，來達到防止前滾筒與支架護幫碰撞的預警，實時閉鎖控制，避免不安全的隱患發生。

采煤機和支架的拉架和推溜漏架檢測技術：在采煤機前行割煤方向，為防止支架未拉架到位造成的工作面不在一個直線上。算法通過檢測采煤機前行方向的支架行程及執行動作來決策是否發生漏架，對漏架進行預警，同時進行補架操作，從而實現智能的工作面找直，使無人干預的情況下自動跟機提供良好的預處理。

故障、異常的實時干預技術：對于異常故障的連鎖控制，能夠實現通過采煤機反饋的運行狀態和參數信息，進行防治故障的異常干預策略，如截割電流的升高、對割頂和臥底裝煤能力的影響，從而及時的智能干預滾筒的高度調整，真正實現無人值守的縱覽全局。

3 需要解決的關鍵技術及展望

3.1 需要解決的關鍵技術

實現在順槽監控中心和地面對采煤機進行遠程控制，將采煤工人真正從采場解放出來，仍存在一些困難，并需解決一些關鍵問題，主要集中在以下3個方面。

遠控實時性技術：數據和控制指令在通訊過程中出現工作面到順槽通訊傳輸、網絡傳輸、人員控制操作臺到主機等環節中易出現延時，這就造成了操作員在通過操作臺遠程控制指令發出有一定滯后，對設備的實時控制會造成很大的影響。因此，解決控制延時問題是核心關鍵技術之一。

故障診斷及數據分析：通過分析采煤機的故障信息，可以對采煤機的健康狀態進行分析掌握，具體為開機率、運行時長、潤滑油溫度、泵電機溫度等數據，可對采煤機進行生命周期的管理，以更好地在無人值守的遠程監控采煤機，達到防患于未然的效果。同時對高度曲線的分析，得出根據當前采場的地理環境，該割煤工藝是否能夠適合或更高效的發揮生產力，根據數據進行遠程割煤的嚴謹性，更增加了遠程控制智能性和安全性，最重要的是大大提升了操作員的遠程控制方式的信心。以上正是當今技術前沿的大數據技術，如何進行數據挖掘和分析則成為了技術的重中之重。

遠控操作的常態化：根據實際遠程割煤的操作過程中，分析割煤工藝和操作習慣，從安全、值守疲勞度、方便性、快捷性、異常干預及時性等多方面出發，為操作員提供更直觀，身臨其境的割煤體驗，培養遠程割煤習慣。而這需要大量的實際操作數據采集和形成模式的遠控割煤方式，才能實現遠離采場的革命性升級。

3.2 技術展望

采煤機智能的遠控技術必然會成為趨勢，而且自身模塊要能夠更為穩定智能的承擔起“無人化”的開采任務，同時引用更多新的技術手段，檢測、預判可能的故障和關鍵因素，如煤巖的識別。通過數字圖像處理技術對滾筒定位，及支架的干涉檢測，監控圖像最終為實現集成視頻能夠全景的顯示、智能的切換2D監控畫面與三維監控畫面，配合語音提示、軟件智能信息提示，畫面智能切換，終將為采煤機操作人員提供人性化、智能化的人機操作平臺。

4 結語

隨著國家《國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》和《國務院關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》的頒布、實施及兩化融合政策的激勵，無人工作面智能化采煤技術必然迎來發展的黃金時期。現在遠程割煤已然成為日常生產的標準模式，也必定會成為所有自動化綜采面的必然趨勢。因此，采煤設備集中遠程智能控制技術的發展必將在國家整體政策的環境影響下，沿著科技發展的規律，向高智能、高信息化的方向發展，以最終實現工作面采煤無人化。