綜采工作面智能監(jiān)控系統(tǒng)研究

馬海俊

（山西汾西瑞泰正中煤業(yè)有限公司， 山西 靈石 031300）

引言

綜采工作面處于煤炭開采一線，受到煤層賦存條件差、綜采設(shè)備數(shù)量多以及體積龐大、井下空間狹小、空間內(nèi)含有瓦斯及粉塵等有害成分等影響，綜采工作面煤炭開采過程中極易出現(xiàn)安全事故[1-3]。減少綜采工作面人員數(shù)量、推動采煤工作面自動化、智能化甚至無人化對改善礦井安全生產(chǎn)局面具有重要意義。智能化綜采工作面在煤礦中不斷推廣，部分礦井通過采用電液控制系統(tǒng)、采煤機遠程控制系統(tǒng)等實現(xiàn)了遠程煤炭開采，即作業(yè)人員在回采巷道安全位置操控采煤機、液壓支架以及刮板輸送機等設(shè)備運行[4-5]。掌握采面設(shè)備運行狀態(tài)以及環(huán)境參數(shù)是實現(xiàn)煤炭智能化開采的一個重要方面，文中以山西某礦11503 綜采工作面開采為工程背景，提出構(gòu)建智能化監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對采面開采設(shè)備、環(huán)境等遠程監(jiān)控，為后續(xù)采面智能化構(gòu)建創(chuàng)造了良好條件。

1 智能監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

具體在11503 綜采工作面構(gòu)建的智能監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1 所示，系統(tǒng)由地面、井下兩個集中監(jiān)控中心構(gòu)成。地面監(jiān)控中心通過井下已有工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)實時獲取井下監(jiān)控數(shù)據(jù)，以便地面技術(shù)人員掌握綜采工作面生產(chǎn)情況；井下監(jiān)控中心則用以實時采集采煤機、組合開關(guān)、泵站、液壓支架等設(shè)備狀態(tài)，并根據(jù)嵌入的邏輯判斷程序?qū)υO(shè)備運行進行分析，智能發(fā)出預警指令。地面監(jiān)控中心配備監(jiān)控PC、服務器并通過RS485 通信方式將與井下監(jiān)控中心連接；井下監(jiān)控中心包括防爆交換機、防爆計算機等，防爆交換機主要用以各路設(shè)備信息通信用；防爆計算機有2 個RS485 接口，每個接口連接一種監(jiān)控設(shè)備。井下監(jiān)控中心將獲取到的數(shù)據(jù)統(tǒng)一為一種格式，并將數(shù)據(jù)傳輸給地面監(jiān)控中心。井下監(jiān)控中心數(shù)據(jù)采集依靠RS485 接口、通信協(xié)議為Modbus-RTU。

圖1 智能監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由于地面監(jiān)控中心結(jié)構(gòu)相對簡單且技術(shù)較為成熟，文中就重點對井下監(jiān)控中心設(shè)備、運行情況等進行分析。

2 關(guān)鍵監(jiān)控子系統(tǒng)

2.1 視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控是智能化監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成單元，承擔采面綜采設(shè)備運行監(jiān)控以及記錄等工作。視頻監(jiān)控采用工控平臺對監(jiān)控圖像數(shù)據(jù)進行處理，實時獲取煤壁、頂板、圍巖等情況并對液壓支架護幫板、支架底板前端、刮板輸送機以及采煤機位置等進行實時跟蹤，根據(jù)視頻監(jiān)控結(jié)果可對采面“三機”位置進行動態(tài)調(diào)整，從而提高采面頂板、煤壁控制質(zhì)量以及綜采設(shè)備平直度。

在11503 綜采工作面采用的攝像頭型號為pm32/vc/eb，可實現(xiàn)330°旋轉(zhuǎn)，在采面內(nèi)間隔5 臺液壓支架布置一臺攝像頭。攝像頭布置在支架頂板上，并與液壓支架控制器連接，通過控制器實現(xiàn)供電預計視頻圖像傳輸。在采面布置的攝像頭可檢測綜采設(shè)備運行情況并根據(jù)自動切換功能、自動跟蹤定位采面人員位置，通過紅外補光提高攝像頭圖像清晰度。具體攝像頭獲取到的采面畫面見下頁圖2 所示。

圖2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控畫面

2.2 采面環(huán)境檢測

在采面布置各類環(huán)境檢測設(shè)備對采面內(nèi)環(huán)境參數(shù)進行監(jiān)測，采用的環(huán)境檢測設(shè)備包括CO 傳感器、溫度傳感器、粉塵傳感器、風速傳感器以及粉塵傳感器等。各類環(huán)境檢測設(shè)備均布置在液壓支架頂梁上并通過控制器供電，數(shù)據(jù)測定結(jié)果通過交換機傳輸給井下監(jiān)控中心。監(jiān)控中心PC 可實時監(jiān)測、顯示各位置傳感器檢測結(jié)果，當發(fā)現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)存在異常時會自動發(fā)出預警信息，并切斷采面供電。

2.3 “三機”監(jiān)控

“三機”監(jiān)控主要通過三級控制系統(tǒng)實現(xiàn)，三級控制系統(tǒng)具有邏輯控制、就地控制以及智能控制三種模式。井下監(jiān)控中心通過接入到三級監(jiān)控系統(tǒng)可實時顯示“三機”運行、刮板輸送機啟停、減速器等設(shè)備運行狀態(tài)，進而實現(xiàn)轉(zhuǎn)載機、刮板輸送機以及破碎等設(shè)備集中控制。

井下監(jiān)控系統(tǒng)通過接入三級控制系統(tǒng)可實時監(jiān)測、顯示“三機”運行溫度、電流、電壓、功率等，當發(fā)現(xiàn)監(jiān)測值存在異常時會及時預警，從而提高“三機”運行可靠性。當采面煤壁片幫、頂板冒落時，煤巖會瞬間堆積到刮板輸送機上，嚴重時導致刮板輸送機故障；而采用“三機”監(jiān)控后當發(fā)現(xiàn)刮板輸送機出現(xiàn)過載時可及時發(fā)出預警信息并停止刮板輸送機運行，從而實現(xiàn)設(shè)備保護。

3 現(xiàn)場應用效果分析

在11503 綜采工作面構(gòu)建智能監(jiān)控系統(tǒng)后，利用視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控以及三機監(jiān)控等實時掌握采面綜采設(shè)備、環(huán)境以及煤壁、頂?shù)装宓惹闆r，從而為后續(xù)采煤設(shè)備控制提供指導。采面智能監(jiān)控采集數(shù)據(jù)可通過井下工業(yè)以太網(wǎng)傳輸給地面監(jiān)控中心，實現(xiàn)井下采煤工作面遠程監(jiān)控。現(xiàn)場應用后，采面布置的監(jiān)控系統(tǒng)均可正常工作，監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸、反饋正常，可在一定程度上提升采面安全生產(chǎn)保障能力并為礦井后續(xù)智能化工作面建設(shè)提供一定基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

1）文中以山西某礦11503 綜采工作面為工程實例，根據(jù)采面現(xiàn)狀構(gòu)建智能監(jiān)控系統(tǒng)，該監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)對綜采工作面環(huán)境、設(shè)備運行狀態(tài)以及人員位置等實時監(jiān)測，同時監(jiān)測數(shù)據(jù)通過井下工業(yè)以太網(wǎng)傳輸給地面，便于地面人員及時掌握井下綜采工作面生產(chǎn)情況。

2）構(gòu)建的智能監(jiān)控系統(tǒng)實用性強、可靠性高，同時各子系統(tǒng)技術(shù)均相對成熟，可便于礦井依據(jù)綜采工作面實際情況進行調(diào)整。監(jiān)控子系統(tǒng)供電以及輸送傳輸均通過液壓支架機載控制器實現(xiàn)供電以及數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸可靠性強。