基于互聯(lián)網(wǎng)的井下綜采智能控制技術(shù)的研究

張文靜

（山西鄉(xiāng)寧焦煤集團有限責任公司，山西 臨汾 042100）

引言

為了提升煤礦井下的綜采作業(yè)效率和安全性，以“無人化”綜采為代表的智能綜采技術(shù)得到了快速的發(fā)展，由于井下綜采面各類綜采設備多，因此對綜采過程中的各個設備的動作順序、響應速度和精確性的要求不斷提升，而目前各類設備上的數(shù)據(jù)通信接口和協(xié)議類別多，無法進行直接通信，一般是先通過數(shù)據(jù)交換機進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后再進行統(tǒng)一的處理，各類設備信息相對孤立，無法形成閉環(huán)協(xié)同控制，造成了設備動作狀態(tài)響應速度慢、協(xié)同精確性差，難以滿足井下綜采面快速綜采的需求。同時由于井下地質(zhì)條件復雜也極易造成刮板輸送機的偏位，影響液壓支架、采煤機的協(xié)同運行，給井下綜采面的“無人化”綜采作業(yè)帶來了極大的困難。因此，針對煤礦井下的實際情況和“無人化”智能綜采的需求，提出了一種新的基于互聯(lián)網(wǎng)的井下綜采智能控制技術(shù)并展開分析。

1 井下綜采智能控制方案

針對目前井下綜采控制系統(tǒng)的不足，本文以建立各綜采設備的統(tǒng)一聯(lián)動控制、實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的互聯(lián)互通為基礎，提出了一種新的井下綜采智能控制系統(tǒng)，其整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 綜采智能控制體系結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1 可知，該綜采智能控制體系中均采用TCP/IP 傳輸接口，用以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊將RS485 通信協(xié)議和其他設備常用的CAN 通信協(xié)議轉(zhuǎn)換為標準的EtherNet/IP 協(xié)議，開放性高，能夠支持各類設備數(shù)據(jù)信息的快速寫入和讀取，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的高速、安全傳輸，該系統(tǒng)具備“一網(wǎng)涵蓋”的數(shù)據(jù)通信構(gòu)架[1-2]，滿足智能控制系統(tǒng)中遠程監(jiān)測、自動控制需求，具有安全性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強的優(yōu)點。

2 刮板輸送機自動找直技術(shù)

在綜采作業(yè)的過程中由于位置監(jiān)測誤差或者刮板輸送機、支架間的嚙合間隙累積，導致刮板輸送機的運行直線度無法保證，不僅會增加刮板輸送機在運行過程中無用功的消耗、降低采煤機綜采作業(yè)速度，而且還會導致采煤機、液壓支架與刮板輸送機的運行干涉，出現(xiàn)運行事故，嚴重影響了井下采煤機、液壓支架和刮板輸送機的聯(lián)合運行。

本文基于刮板輸送機、液壓支架、采煤機的聯(lián)合運行需求，提出了一種新的刮板輸送機自動調(diào)直方案，其調(diào)直流程如圖2 所示[3]。

由圖2 可知，系統(tǒng)首先對刮板輸送機前后的偏差量進行計算，然后結(jié)合綜采面頂板位置的壓力情況，向液壓支架的推移千斤頂發(fā)出第一次修正調(diào)直的指令，當采煤機從刮板輸送機指定位置經(jīng)過后，在綜采面最前面的支架先向前推出66%的步距，然后后側(cè)的支架以此為參考點，逐步推進到和參考支架齊平。然后系統(tǒng)控制支架的推移裝置進行第二次的調(diào)直，依然是先調(diào)直最前端的支架，然后再依次調(diào)直后側(cè)的支架。二次調(diào)直到位后再按相同的方法進行第三次調(diào)直，直到刮板輸送機達到規(guī)定直線度。

圖2 刮板輸送機調(diào)直流程示意圖

該刮板輸送機自動找直控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)刮板輸送機的偏移量自動分階段逐級調(diào)直，確保綜采作業(yè)過程中綜采設備協(xié)同運行的可靠性。

3 作業(yè)人員定位感知技術(shù)

綜采面由于工作環(huán)境惡劣，對井下作業(yè)人員的位置判斷存在較多的盲區(qū)，在調(diào)整設備運行狀態(tài)的時候若對人員位置判斷不明，將極易導致出現(xiàn)人員傷亡事故。因此本文提出了一種新的井下作業(yè)人員主動定位感知技術(shù)，在各個液壓支架內(nèi)設置一個信號接收器，在人員身上設置一個帶有編碼的信號發(fā)射器，信號接收裝置的接收定位精度為±20 cm，其定位感知技術(shù)原理如圖3 所示[4]。

圖3 定位感知技術(shù)原理

由圖3 可知，假設危險區(qū)域為A 區(qū)域，安全區(qū)域為B 區(qū)域，當支架監(jiān)測到人員在危險區(qū)域內(nèi)時，自動發(fā)出接近危險信號，使臨近的支架和刮板輸送機停止動作，防止傷害到人員。該技術(shù)為主動定位識別技術(shù)，的定位精度達到了±15 cm，定位精度高、速度快，能夠有效地避免傳統(tǒng)被動定位技術(shù)定位精度低、無法根據(jù)人員位置控制綜采設備運行情況的不足，極大地提升了井下綜采作業(yè)的安全性。

4 結(jié)語

1）該綜采智能控制體系采用TCP/IP 傳輸接口，以EtherNet/IP 協(xié)議為標準協(xié)議，開放性高滿足智能控制系統(tǒng)中遠程監(jiān)測、自動控制需求，具有安全性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強的優(yōu)點。

2）刮板輸送機自動找直控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)刮板輸送機的偏移量自動分階段逐級調(diào)直，確保綜采作業(yè)過程中綜采設備協(xié)同運行的可靠性。

3）主動定位識別技術(shù)，定位精度達到了±15 cm，能夠有效地避免傳統(tǒng)被動定位技術(shù)定位精度低、無法根據(jù)人員位置控制綜采設備運行情況的不足。