物聯網技術在采煤機設備上的應用

[摘 要]近年來，隨著物聯網技術在國內的快速發展和廣泛運用，煤礦機械裝備物聯網系統得到了快速發展。文章結合物聯網技術對采煤機物聯網系統的設計進行了分析，主要包括該系統的工作原理及結構等方面。通過物聯網技術，可以對煤礦生產中的各種設備、人員等進行實時監測，為煤礦生產提供可靠保障。

[關鍵詞]物聯網技術；采煤機；數據信息

[中圖分類號]TM73 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）06–0144–03

The Application of Internet of Things Technology in Shearer Equipment

LIU Ziliang

[Abstract]In recent years， with the rapid development and widespread use of the Internet of Things in China， the Internet of Things system of coal mine machinery and equipment has been a rapid development. This paper mainly analyzes the design of the Internet of Things system combined with the Internet of Things technology， mainly including the working principle and structure of the system. Through the Internet of Things system， all kinds of equipment and personnel in coal mine production can be monitored in real time to provide a reliable guarantee for coal mine production.

[Keywords]Internet of Things technology； coal shearer； data and information

1 物聯網技術概述

物聯網技術是將信息安全技術、傳感器技術等進行系統化集成的技術。物聯網技術的運用能夠提高煤礦機械作業的效率，這有助于實現煤礦采礦工作的標準化和安全，簡化了工作過程，提升了工作效率，降低了開采費用。物聯網技術的應用也能夠使煤礦機械操作更加智能化，保證煤礦開采工作在進行過程中實現更智能化、人性化的設計。物聯網技術能夠實現煤礦設備的小型化，減少生產能耗和浪費，節約資源，提高礦井生產安全。

2 采煤機自動化與智能化技術的應用優勢

采煤機的自動化和智能化在煤礦生產中有其獨特的優越性：①可以提升采礦效率。為了更好地提高礦井的生產效率，應引入更多的機器和設備。在采煤裝備中引入自動化和智能化技術，既能確保礦井生產的正常進行，又能提高煤炭開采的質量和效率。②減少對礦工的依賴。采礦工作需要工人的協同工作才能完成，若將自動化和智能化技術引進到采煤設備中，可減少人為干預，使管理工作更加方便。③可以提高煤礦的安全生產。如果將自動化和智能化技術推廣到煤礦裝備上，不但能夠實現安全生產，還能夠確保井下工作的安全，同時也能對煤礦的生產起到很好的保護作用，能將由于采礦造成的安全風險降到最低。

3 物聯網技術在采煤機設備上的具體應用

3.1 機載控制技術的應用

基于物聯網的采煤機監控技術，目前主要采用的是計算機和運行軟件，若要實現信息的傳遞，則必須采用機載控制技術作為其載體。一般而言，機載控制技術能夠實時、高效地傳遞采煤機的實際作業信息和數據。同時，采煤機也能按照預先確定的截割線和作業流程實現采煤作業。

3.2 監控通信技術的應用

煤礦采煤機長期在礦井中作業，且工作環境非常復雜，導致采煤機出現故障的概率大幅增加。因此，在采煤機工作過程中，必須采用監控和通信技術，以便更好地監測采煤機的工作狀況，從而減少出現故障的概率。現如今監控通信技術已被各行業廣泛運用，例如該技術與遠程雷達、監控視頻設備、光纖通道、防爆計算機及IP等協議配合應用，在采煤機上加裝監控裝置，可精確接收采煤機的數據，本系統能夠實現信息的共享，提高了監控和通信的效率。

3.3 故障報警技術的應用

采煤機設備應用物聯網技術時，故障報警技術是其關鍵技術之一，圖1為結合物聯網技術的采煤機診斷專家系統。該系統故障報警關鍵技術如下：①實時監測與數據采集。物聯網技術使得采煤機設備能夠實時采集各種運行參數，如振動、溫度、壓力、電流等。這些數據通過傳感器和監測裝置準確、可靠地傳輸至數據中心或遠程監控平臺。②故障預警與報警機制。通過對實時數據的分析和比對，系統能夠判斷設備是否存在異常或故障。一旦發現異常，系統能夠提前發出預警信號，以便及時采取維修或保養措施，避免設備故障的發生。如果異常超過預設的安全閾值，系統會觸發報警機制，并通過多種方式（如聲音、光信號、短信、郵件等）通知相關人員。③故障診斷與定位。故障報警技術不僅限于簡單的報警，還能夠對設備故障進行自動診斷。通過分析故障特征、模式識別等技術，系統可以快速確定故障原因和位置。這為后續的維修和修復提供了明確的指導，大幅提高了維修效率和準確性。④遠程監控與管理。物聯網技術使得采煤機設備的故障報警系統支持遠程監控和管理。相關人員可以通過網絡遠程訪問設備狀態數據，實時監測和分析設備的運行情況。這為遠程維護和故障診斷提供了便利，減少了現場維修的時間和成本。⑤數據記錄與分析。故障報警系統能夠記錄歷史故障數據，并建立數據庫進行存儲和分析。通過分析歷史數據，可以找出設備故障的規律和趨勢，為設備維護和管理提供決策支持。

3.4 煤炭切割技術的應用

對采煤機來說，切煤工藝是采煤工藝的一個重要環節，直接關系到采煤的質量。煤炭切割技術在應用過程中能夠很好地控制采煤機，保證整個工作的順利開展。采煤機的種類繁多，而煤的儲藏地點又各不相同，因此，切削工藝多種多樣。我國現有的采煤機切削方式主要是依靠記憶切削，而在實際生產過程中，還要根據煤層的堅硬程度、厚度等因素來確定回采過程。近年來，紅外成像技術等也被添加到采煤機的實踐中，采用這種方法，可以對煤進行拼切、剖切等，而且各煤之間的界限十分明顯。此外，在采用新的采煤方法之前，還要進行針對性的調查，確保對該技術的運用原則與要點有足夠的了解，并根據所采煤層的具體條件，選擇合適的掏槽工藝。

4 采煤機物聯網系統設計

4.1 采煤機狀態參數

采煤機是一種主要的采煤設備，位于礦井最深的綜采工作面上，是采煤系統的前端，其工作狀態的好壞，關系到礦井的安全和經濟效益。這就對采煤機的工作性能提出了更高的要求，不僅要有良好的工作性能，而且要有很高的工作效率。因此，必須采用先進的測量、控制、管理手段，才能保證采煤機始終在最優工況下工作。表1列出了采煤機的工作狀態參數，對其進行實時、精確的測量是實現采煤機自動控制的前提。

4.2 采煤機滾筒智能調高控制技術

文章所介紹的智能調高設備主要利用的是滾筒的彈性。該設備的應用能夠使操作過程更加順利，在此期間能夠對電池及流量等參數進行有效調節，最終實現采煤機高度的有效控制。運用采煤機滾筒智能調高控制技術對采煤機高度的控制流程如下：①煤巖界面識別。通過采用自然γ射線探測、截割力制導及記憶數字程序控制等方法，實時識別煤巖分界位置，為滾筒高度調整提供依據。②數據采集與處理。利用采煤機上的各類傳感器，實時采集滾筒高度、牽引速度、截割阻力等數據，并通過機載計算機進行處理和分析，判斷滾筒是否處于最佳截割狀態。③滾筒高度調整。根據煤巖界面識別結果和數據采集與分析結果，自動調節滾筒高度，使其保持在煤層中，避免切割頂板、底板及巖石，提高回采率。圖2為煤礦主控制器的數據傳輸原理。

4.3 液壓支座敏捷高效的供液系統

高性能液壓支承以移動速率為主要性能指標，著重研究了其進液網絡的拓撲結構，研制了大流量的回液系統。同時，為了保證系統的高可靠運行，系統中的操縱元件與控制方式必須相互協調。本項目針對高壓長距離輸送技術中存在的壓力損失、高壓引起的管路斷裂、群開關過程中的壓力損失和系統的剛度下降等問題，提出了“集中式”復合型快速液體輸送系統的方案。本系統是基于工作面的水力，采用壓力–流量補償機制進行工作。此外，還應該科學合理的研究回葉系統及宋葉系統支撐動態的特性，保證相應的系統能夠實現智能化控制，同時也能夠維護液壓系統。

4.4 刮板輸送機智能化控制系統

利用控制中心可以對采煤機和液壓支架進行科學、高效分析。智能控制系統在運行過程中能夠與采煤機的傳感器進行結合，實現控制作用。此外，還能夠有效監測采煤機的位置及運動情況等，在此基礎上能夠形成相關的曲線，并能將液壓基座上的收音機接收到的航行信息反饋給指揮中心作進一步分析，最終得到液壓機的具體位置及實際的位移等方面的數據，幫助相關人員全面了解刮板運輸機的具體運行情況，從而方便后續控制工作的有效開展。

4.5 牽引機智能化控制系統

牽引機智能化控制系統主要依靠變頻系統來工作，同時，需要將牽引變流器與主逆變器相連，并利用外部接口對其進行控制，從而達到對采煤機進行牽引的目的。

4.6 智能采煤設備

智能采煤設備會根據特定的環境，利用傳感器實現工作模式的轉換，并對采煤機和支架的狀態和位置進行分析。利用智能開采設備預測、判斷開采路徑，使采掘機械與輔助設備協同工作，可實現自動化生產。因此要獲取設備及材料的具體位置信息，可以把控制系統設置在智能化采煤設備上。另外，該工作模式還可以根據不同的采礦模式自動轉換，并且將該工作模式運用到工作狀態和支護的位置等方面，在對設備進行數據采集的同時，還能對采煤機的工作軌跡進行仿真，改善采煤機與其他設備之間的配合，為相應的時刻提供位置信息。智能化采煤裝備的合理運用，可以提高采煤工作的效率和質量，同時也可以降低生產費用的投入。

5 結束語

采煤機在煤礦生產中起著舉足輕重的作用，同時，隨著科學技術的進步，將物聯網技術運用到煤礦中也變得非常重要，因此，有必要提升采煤機物聯網的水平。煤礦采煤及物聯網技術在應用過程中不僅能夠提升整體的切割效率，還能夠降低工作人員的勞動強度，同時提升開采效率。當前，雖然采煤機物聯網已經得到了廣泛應用，但是仍然需要對其進行定期的監測和維修，以確保其安全高效工作。

參考文獻

[1] 楊峰.綜合機械化采煤的設備選型及總體配套設計研究[J].機械管理開發，2023，38（7）：110-111，114.

[2] 張崢嶸.薄煤層綜合機械化采煤技術的相關研究與討論[J].能源與節能，2023（1）：129-131.