無人工作面的采煤機智能控制技術

賀新星

[摘? ? 要]無人采煤工作面系統是煤炭綜采成套裝備的重要組成部分，由于煤礦綜采工作面在煤礦生產過程中涉及的設備較多，而且工作環境惡劣，是一種工作復雜的操作系統。無人工作面的采煤機作業，利用先進技術全程智能化操控，提升采煤安全率的同時，節約了勞動成本，是一種先進高效的回采技術。在采煤過程中礦井通信十分重要，礦井下的各類指標數據、實際情況等都要進行井上井下的雙向輸出。文章針對無人工作面的采煤機智能控制的關鍵技術展開討論，具體分析采煤機智能控制技術在無人工作面的相關應用，以供參考。

[關鍵詞]無人工作面;智能采煤;關鍵技術

[中圖分類號]TD632.1 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）07–00–02

Research on Intelligent Control Technology of Shearer in Unmanned Face

He Xin-xing

[Abstract]Coal is a non-renewable resource， and coal reserves are drastically reduced. For some areas with thin coal seams or coal areas where manual mining is difficult， it is necessary to use coal mining machines with unmanned working faces. The unmanned coal mining face system is an important part of the complete set of coal mining equipment. Because the coal mining face involves more equipment in the coal production process and the working environment is harsh， it is a complex operating system. Therefore， the intelligent control system for fully mechanized coal mining face has always been a hot topic that people have studied vigorously. The operation of the coal shearer on the unmanned working face uses advanced technology to intelligently control the whole process， which improves the safety rate of coal mining while saving labor costs. It is an advanced and efficient mining technology. Mine communication is very important in the process of coal mining. All kinds of index data and actual conditions in the mine must be output in both directions. The article mainly discusses the key technology of the intelligent control of the shearer in the unmanned face， and specifically analyzes the relevant application of the intelligent control technology of the shearer in the unmanned face for reference.

[Keywords]unmanned working face; intelligent coal mining; key technology

1 無人工作面實時控制系統的關鍵技術

1.1 采煤機自動定位技術

一般來說，采煤機是一種高集成度的、井下綜采無人工作面割煤、裝煤的主導設備。采煤機主要沿著刮板輸送機軌道往復式割煤，液壓支架配合相關的支護工作。為了實現綜采工作面遠程自動控制，必須精準定位采煤機的動態位置。因此，采煤機自動定位技術是實現煤礦生產設備自動化的關鍵技術。由于煤礦綜采工作面的工況極為復雜且空間封閉，所以，采煤機定位定姿方法也有很多。其中紅外定位法是由采煤機上的紅外發射裝置發出信號，再由液壓支架上的接收裝置接收相關的信號，但紅外信號極易受粉塵影響，存在一定的定位盲區，因此有一定的使用局限^[1]。

1.2 井上井下雙向通信技術

在煤礦生產中，需要一些控制井下采煤機采集信息的相關設備，通過相關的控制設備發送指令信息到井下采煤機。在通信過程中，根據不同的技術、環境所需的不同介質，部署相關的通信網絡。由于各個煤礦的環境不同，井上井下的距離也存在一定的差異，所需要的電纜、中繼器等基礎設施的成本非常高。常見的井上井下技術有：CAN總線、光纖以太網等，其中音頻調制解調技術是利用雙絞線傳輸，達到撥號上網的目的。由于該方案在通信過程中只傳輸音頻信號，所以在采集井下數據時，該線路始終處于占線狀態，若在該線路上掛接電話機時，該電話機無法正常通話，因此采取這類技術都應單獨鋪設一條專用的雙絞線通信電纜，這無疑是在增加成本。無人工作面的采煤機智能控制技術提供了一種礦用井上井下無需鋪設專用線路的通信方法。

該方法主要是將采煤機上行信號的波特率調節到滿足實際遠距離傳輸所需要的波特率范圍，并將調節后的上行煤機信號調制為相關的高頻模擬信號，然后將該高頻模擬信號通過相關的線纜傳送到井上;進一步解調收到的高頻模擬信號，進而將得到的上行煤機信號發送到相關的控制設備;對應的下行煤機信號也可以由控制設備發送高頻模擬信號，通過電話線傳到井下，經過調解得到下行煤機信號，使得到的下行煤機信號波特率調節到所需范圍之內，然后再傳送到特定煤機。這樣就可以利用煤礦現有的電話網絡達到井上井下通信效果，不用再另設通信線路，有利于節省系統成本，如圖1所示。

1.3 無人工作面數據庫技術

信息時代，數據庫在各個領域都起著至關重要的作用，很多工作都圍繞海量有效數據信息才能得到進一步開展。因此創建無人工作面相關的數據庫十分必要。因為它可以直觀地反應當前的生產情況，而且還能為可視化技術提供有力數據支持，使工作面的信息查詢、分析等方面工作更加便捷。此外，無人工作面數據庫技術涉及了龐大的數據信息，通過這些數據能生成更多有用的信息資源，能有效攻克3D動態維護以及相關的拓撲描述等亟待解決的問題。

1.4 工作面視頻監控技術

無人工作面的可視化無線監控系統主要針對工作面粉塵較大、照明差以及設備動作復雜等特點，提供最佳解決方案。根據視頻監控系統傳送的相關圖像，相關工作人員可以根據煤層變化情況、支架狀態等信息，遠程操控采煤機，能有效避免煤層變化時采煤機切割到巖石或發生故障等情況。工作面視頻圖像監控系統能夠將視頻數據有效傳到相關的集控平臺，使圖像自動同步采煤機移動，確保采煤機運行方位所對應視頻圖像可以隨機切換，實現對采煤機運行狀態全程監控，為工作面設備的安全運行提供保障。

1.5 液壓支架自動跟機技術

該技術是將采煤機的自動記憶截割技術與自動追機拉架以及實時視頻跟蹤當作一個整體的控制方法。智能綜采工作面集控平臺能根據不同的采煤工藝，設置不同的工作模式，有效實現支架、采煤機等相關設備協調控制。根據定位與相關的導航技術對采煤機進行有效控制，而且支架電液控制技術以及采煤機自動截割技術都有獨立的控制系統。可以通過相關的程序軟件實現綜采設備整體與全部工作流程的自動控制。也可以采用視頻跟蹤技術，遠程自動控制可視化工作面的相關設備^[2]。

通過采煤機智能化的協調控制，確保設備之間能夠均衡作業，可以調節采煤機的運行速度以及截割高度，使工作面整體系統工作達到最優狀態。在工作面運輸系統與采煤機等設備的負荷能夠自動調節，當刮板輸送機超載時，采煤機能夠根據運輸系統的負荷情況，自動調整采煤機的牽引速度，使采煤機的生產能力可控。

1.6 遠程控制技術

綜采無人工作面的地質條件十分惡劣，而且采煤機在不同位置，對應的采高位置也在發生變化。頂板巖層變化，牽引速度也會因為負荷而改變，所以在進行遠程操作時，采煤機應根據初始記憶數據進行割煤，而工作面情況與相關的記憶數據不一致時，則應手動調整。這時，視頻圖像必須足夠清晰，畢竟綜采工作面工況特別復雜，傳感器檢測不到的地方，可采用攝像機觀察工作面的具體情況。攝像機配合傳感器，是操作員實現遠程操作的重要依據，因此，可視化與記憶截割有機結合，能夠真正實現遠程控制。煤塵會影響視頻圖像的清晰度，所以應采用氣體防塵的前端攝像機，利用無線傳輸技術，配合相關軟件實現采煤機可視化的遠程操控^[3]。

2 采煤機智能控制技術在無人工作面的應用

2.1 采煤機的位置檢測

無人工作面采煤機的位置主要是通過光柵位移檢測系統實現的。光電元件將主光柵與指標光柵形成的相關信號轉變為電壓信號，然后利用傳感器處理獲取的信息精準檢測采煤機的位置，該類光柵位移檢測系統的遠程數據通信主要采用抗干擾能力強的CAN總線技術，從而達到無人工作面采煤機的控制效果。

2.2 記憶割煤自動調高

采煤機司機先手動操作采煤機沿煤層割一刀，再由主控器記錄第一次割煤信息（如采煤機位置、牽引方向以及采煤機橫向縱向傾角等），這些信息存入計算機之后，后續采煤過程中，采煤機的截割行程就可以根據存儲的相關信息對采煤機自動調高，若遇到斷層時，可以通過監控室的視頻監測，做好相應的調整，與此同時計算機會自動保存相關的調整參數，成為下一刀調高的有效依據^[4]。

2.3 實時監控采煤機運行狀態

為了確保采煤機的可靠性以及生產質量，必須實時監控采煤機的運行狀態，以便于及時診斷故障。監控過程中應根據工作面的具體情況實時調整采煤機，使其處于最佳運行狀態。有利于提高其開機率，一定程度上減化了井下工作人員的工作量。采煤機的關鍵參數具有一定的可操作性，能充分檢測采煤機的實時動態，打破了傳統模式的局限性。該方法不僅能檢測瓦斯濃度、工作面位置等參數，還能檢測截割部位與牽引部分的電機電流等相關的內部參數，而且檢測結果十分精準^[5]。

3 無人工作面的采煤機智能控制技術相關建議

根據采煤工藝，設置相關的控制流程，使相關設備能夠按照既定的流程運行;采集刮板機、轉載機等設備的溫度信號及相關的流水量、壓力值等，設定相關的溫度預警值，當溫度超過停機參數時，能夠及時停止設備;設定拉架移動范圍，采集支架的推移油缸行程，根據該行程判定支架是否存在拉架滯后等情況，使采煤機位置與支架保持在設定范圍。通過采集電液控制系統支架頂板的傾角，調節頂板支護，避免支“翹架”情況，出現異常應及時報警^[6]。

建立有線/無線通信網絡，通過視頻監控系統，可視化監視傳感器無法檢測的設備狀態，確保整個工作面可視化管理。利用采集的相關設備數據，進行遠程操控，通過采集煤機電流或速度，調節不同位置的牽引速度控制采煤量;定位支架間的工作人員，實時為監控操作人員提供遠程操控信息，避免發生安全隱患。

4 結束語

煤礦開采作業具有一定的特殊性，對于無人工作面的采煤機智能控制來說，涉及面較廣，而且相關的開采程序十分復雜，為了提高生產效率，必須從多個角度分析，了解各個關鍵技術的開采效果。成功應用采煤機智能控制技術，有利于提高綜采設備自動化控制水平，真正實現高效無人化開采。無人工作面的采煤機智能控制技術，雖然對安全生產、減輕工作量等方面有著非凡的意義，但該技術對煤層地質條件有較高的要求，需要進一步研究更多的新技術，以便于提升工作面設備的智能化控制水平。

參考文獻

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