薄煤層綜采工作面智能化控制系統應用

孟小軍

（晉煤集團寺河煤礦二號井，山西晉城048019）

1 概述

晉煤集團寺河煤礦二號井94316綜采工作面東為九四西盤區大巷、南為94315工作面(已回采)、西為實體煤、北為實體煤。上部3#煤為寺河礦2306、2307工作面采空區(已回采)及其煤柱。

94316綜采工作面設計走向長度為1540m，傾向長度為134m，工作面回采煤層為9#煤層，平均厚度為1.1m，平均傾角為3°，工作面采用綜合機械化回采工藝。

由于寺河二號井所開采的9#煤層厚度小、煤層結構復雜、地質條件差等，且9#可采儲量為2800×104t，9#煤層服務年限長，若采用傳統回采工藝回采時不僅勞動作業強度大、回采效率低以及機械設備故障率高，而且威脅著回采安全，通過對94315綜采工作面回采現狀來看，傳統回采工藝平均回采效率為5.2m/d，產煤量每百萬噸設備故障率達9%；為了實現工作面集中控制，提高工作面回采效率，寺河煤礦二號井通過了技術研究，決定對工作面采用一套新型的智能化控制系統

2 智能化工作面控制系統結構組成

94316綜采工作面智能控制系統主要由順槽集控中心、地面調度中心、支架電液控制系統、采煤機控制系統、三機/順槽皮帶控制系統、視頻系統、工作面人員定位系統等子系統等部分組成[1]。

（1）順槽控制中心：順槽控制中心由控制室、上位機、交換機、攝像頭和操作臺等設備組成。通常在順槽控制室內配置5臺上位機，鑲嵌在控制室操作臺上方。鍵盤和平板電腦操作臺鑲嵌在操作臺上。電纜和數據線隱藏在電纜槽內。中間3臺為工控主機組成工控平臺，左右兩側2臺為視頻主機，也可以單獨再增加視頻顯示屏。順槽監控中心配備2個攝像頭，監控設備列車及順槽監控中心視頻畫面。

（2）地面調度室：地面調度室主要由顯示大屏幕(3m×3m，或使用地面調度中心顯示大屏)、井上控制主機(2臺)、視頻顯示主機(2臺)等部分組成。在地面調度中心設置有智能工作面操作平臺，包含大屏顯示和系統控制（一鍵啟停、遠程控制、智能控制三種控制方式）。地面調度室采用鼠標、鍵盤和平板電腦組合控制方式，簡便迅速，配備有急停按鈕，可在緊急情況下調度室急停工作面所有設備[2]。

（3）液壓支架電液控制系統：液壓支架電液控制系統主要由電源箱、控制器、主閥、攝像頭、壓力/采高/行程傳感器、供電系統等部分組成，如圖1所示；系統中照明燈、攝像頭、傳感器主要通過conm/4c型電纜連接，電液控制系統通過交換機接入到工控平臺，實現信息傳輸。

（4）采煤機控制系統：采煤機控制系統主要由采煤機上位機、交換機和工控平臺等部分組成且全部安裝在順槽控制室內，采煤機上位機通過交換機和工控平臺相連并采用工業千兆以太網進行信息傳輸。與此同時采煤機的數據也通過工作面數據傳輸平臺，接入到工控平臺，實現數據雙向通訊。

（5）三機和順槽皮帶機控制系統：該系統主要由三機就地控制箱、順槽皮帶就地控制箱、數據交換機和工控平臺等部分組成。

（6）視頻系統：該系統主要由云臺攝像頭、工控平臺等部分組成。工作面每6架支架安裝一臺云臺攝像頭。安裝在支架頂梁處，朝向煤壁。視頻攝像頭和控制器相連，由控制器供電和控制[3]。視頻圖像經過數據傳輸平臺，接入到工控平臺。安裝在工作面端頭的攝像頭(超前支架、轉載、破碎、順槽皮帶、泵站)經過節點交換機將視頻圖像傳輸到工控平臺。

（7）人員系統：該系統主要由工作面人員無線定位卡、以太網控制器、工控平臺等部分組成；工作面人員攜帶RFID射頻發射器，和工作面電液控制系統控制器進行雙向通訊。RFID數據經過數據傳輸平臺進入到工控上位機。工控平臺依據人員位置、人員權限以及設備運行狀態等，制定相應保護措施。

3 智能化工作面控制系統主要功能

（1）建立工作面控制系統、順槽監控中心及地面調度中心三層結構，完成對采煤機、液壓支架、刮板輸送機、泵站、供電系統的數據采集、顯示、參數修改及控制功能，實現設備就地控制、集中控制、數據上傳、遠程監視的功能。

（2）通過服務器、交換機、信號轉換器，構建一個統一開放的工作面百兆以太網。研究不同廠家設備之間的通訊協議融合，實現工作面設備信息匯集，滿足工作面視頻、音頻、監控數據的傳輸要求。

（3）采用適合于低光照度、潮濕環境下的主動除塵攝像儀，將其部署于液壓支架、采煤機上，實現綜采設備運行情況、跟機視頻切換及工作面煤巖監視的功能，為集中控制及遠程控制提供現場畫面參考。

（4）對采煤機進行技術改造或采用新型采煤機，采用采高監測、角度監測、紅外監測、視頻顯示等先進傳感設備，并根據工作面煤層厚度變化以及地質情況，實現采煤機自動調高、調速以及記憶割煤等目的[4]。

（5）實現工作面支架就地控制、集中控制、遠程控制及數據上傳，采用多傳感器位置及狀態識別、采煤機位置識別技術實現自動跟機移架。

（6）地面調度室可通過系統軟件對遠程工作面內聯動設備如采煤機、液壓支架、刮板輸送機等進行遠程啟停動作；同時收集工作面綜采設備運行技術參數，實時上傳并生成分析報告。

（7）該系統主要采用RS485通信接口以及MODBUS RTU通信協議進行通信，可對工作面三機控制系統、帶式輸送機控制系統等進行自動控制以及雙向通信，從而實現了三機集成控制的目的[5]；同時當智能化控制系統出現故障時，三機集控子系統可進行獨立開機，從而保證工作面正常生產。

4 結束語

2020年2月對94316綜采工作面安裝了一套智能化控制系統，截止2020年8月通過6個月實際應用效果來看，安裝該系統后工作面作業人數由原來的24人減少為7人，降低了工作面勞動作業強度，同時該系統提高了工作面所有機械設備聯動性，提高了工作面回采效率，以及工作面機械化自動作業水平，工作面回采速度由原來的5.2m/d提高至7.8m/d，加快了工作面回采速度，取得了顯著應用成效。