郭 凱

（晉煤集團(tuán)寺河礦，山西 晉城048200）

引言

近年來，煤炭行業(yè)加速推行礦山數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，提出了智能化工作面的建設(shè)，但是智能化工作面的設(shè)計(jì)和應(yīng)用較為前沿，在系統(tǒng)的構(gòu)建過程中存在很多問題和爭(zhēng)議[1-3]。除此之外，智能化工作面系統(tǒng)組成設(shè)備的性能參數(shù)在工作過程中極易受到外界因素的影響，例如煤層傾角、工作面周圍環(huán)境、設(shè)備之間的協(xié)作情況、操作管理人員的技術(shù)水平等，并且上述影響因素具有隨機(jī)性，智能化工作面運(yùn)行過程中就會(huì)存在不穩(wěn)定問題[4-6]。為了提高智能化工作面的管理水平與經(jīng)濟(jì)效益，結(jié)合晉煤集團(tuán)寺河礦智能化工作面的建設(shè)情況，展開智能化工作面的可靠性研究。

1 智能化工作面系統(tǒng)構(gòu)成及功能

智能化工作面在煤炭行業(yè)較早出現(xiàn)，其含義是井下煤礦回采工作面不需要工人，通過采煤設(shè)備的遠(yuǎn)程操作、監(jiān)視和控制，使工人擺脫傳統(tǒng)的工作面作業(yè)形式，完成井下煤炭的開采。智能化工作面系統(tǒng)通常由集中控制中心、采煤機(jī)智能控制系統(tǒng)、支架圍巖電液控系統(tǒng)、工作面設(shè)備信息監(jiān)控管理系統(tǒng)、智能通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、礦用防爆智能負(fù)荷中心系統(tǒng)和泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)組成。各系統(tǒng)之間采用工業(yè)以太網(wǎng)與無線網(wǎng)聯(lián)系在一起，借助通信技術(shù)完成數(shù)據(jù)的傳輸。

工作面集控中心用于井下煤炭開采工作的集中調(diào)度；采煤機(jī)智能控制系統(tǒng)運(yùn)用傳感器件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采煤機(jī)的運(yùn)行狀況；智能網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)主要完成遠(yuǎn)程信息的傳輸；支架圍巖電液控系統(tǒng)用于對(duì)支架控制組件的綜合控制；工作面設(shè)備信息監(jiān)控管理系統(tǒng)主要是將井下工作面處的實(shí)際作業(yè)情況進(jìn)行視頻監(jiān)視；智能通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要將綜采工作面內(nèi)的全部網(wǎng)絡(luò)設(shè)施進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，形成封閉的局域網(wǎng)；智能負(fù)荷中心系統(tǒng)用于保證智能化工作面的持續(xù)供電需求；泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)為工作面提供工作需要的壓力。

2 模糊綜合可靠性評(píng)價(jià)方法

模糊綜合評(píng)價(jià)主要采用了模糊線性變換原理和最大隸屬原則進(jìn)行可靠性的評(píng)價(jià)，適應(yīng)于系統(tǒng)較為復(fù)雜、多因素共同影響的情況。通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)，由最末級(jí)影響因素進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，逐級(jí)向前進(jìn)行系統(tǒng)的量化評(píng)價(jià)，最后得出系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。模糊綜合評(píng)價(jià)方法主要從整個(gè)系統(tǒng)的角度出發(fā)進(jìn)行可靠性評(píng)價(jià)。本文采用模糊綜合可靠性評(píng)價(jià)方法完成整個(gè)智能化工作面的可靠性分析。

3 可靠性評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用

晉煤集團(tuán)寺河礦智能化工作面主要包括集中控制中心、采煤機(jī)智能控制系統(tǒng)、支架圍巖電液控系統(tǒng)、工作面設(shè)備信息監(jiān)控管理系統(tǒng)、智能通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、礦用防爆智能負(fù)荷中心系統(tǒng)和泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)，將其作為智能化工作面的可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)。通過對(duì)可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)的分析，兩兩對(duì)比得出各系統(tǒng)相對(duì)于整個(gè)智能化工作面的權(quán)重值。采用相同的方式對(duì)各個(gè)分系統(tǒng)進(jìn)行了可靠性評(píng)價(jià)，得出可靠性指標(biāo)相對(duì)于各個(gè)子系統(tǒng)的權(quán)重值。權(quán)重評(píng)價(jià)結(jié)果如下頁表1所示。

運(yùn)用模糊綜合可靠性評(píng)價(jià)方法對(duì)智能化工作面及其各子系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，以最少的人力、財(cái)力、物力獲得有效的智能化工作面可靠性評(píng)價(jià)結(jié)果，明確智能化工作面工作過程中的薄弱環(huán)節(jié)。因智能化工作面系統(tǒng)組成較為復(fù)雜，許多因素不能只用可靠或者不可靠進(jìn)行評(píng)價(jià)，基于此指定了評(píng)價(jià)等級(jí)包括非?？煽?、比較可靠、一般可靠、不太可靠、很不可靠。評(píng)價(jià)過程中的專家為晉煤集團(tuán)寺河礦中智能化工作面的設(shè)計(jì)人員和操作人員等20人，可靠性評(píng)價(jià)結(jié)果如下頁表1所示。

4 智能化工作面可靠性分析

基于模糊綜合可靠性評(píng)價(jià)方法，采用最大隸屬度原則，完成各個(gè)子系統(tǒng)的可靠性評(píng)價(jià)。

表1 評(píng)價(jià)結(jié)果

4.1 各子系統(tǒng)可靠性分析

4.1.1 集中控制中心

集中控制中心可靠性評(píng)價(jià)結(jié)果為一般可靠，該系統(tǒng)的可靠性仍需進(jìn)一步提高。實(shí)際生產(chǎn)過程中，傳輸帶的磨損使實(shí)時(shí)圖像的傳輸滯后，圖像監(jiān)視不可靠；通過增強(qiáng)人員檢查、工作面廣播系統(tǒng)的可靠性，能夠提高集中控制中心的可靠性。

4.1.2 采煤機(jī)智能控制系統(tǒng)

采煤機(jī)智能控制系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)結(jié)果為不太可靠，該系統(tǒng)的可靠性有待進(jìn)一步提高。實(shí)際生產(chǎn)過程中煤炭識(shí)別系統(tǒng)不穩(wěn)定，主要原因是工作面處的煤層和巖層區(qū)別不大，極易出現(xiàn)挑頂割底問題，使智能化采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)適應(yīng)采煤功能較為困難，大部分時(shí)間都要采用方形切割的方法開展采煤工作。

4.1.3 支架圍巖電液控制系統(tǒng)

支架圍巖電液控制系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)結(jié)果為比較可靠，該系統(tǒng)的可靠性比較好。實(shí)際生產(chǎn)過程中隨著電液自動(dòng)化控制技術(shù)的飛速發(fā)展，元器件可靠性的不斷提高，支架圍巖電液控制技術(shù)越來越成熟，控制過程的可靠性逐年升高。

4.1.4 工作面設(shè)備信息監(jiān)控系統(tǒng)

工作面設(shè)備信息監(jiān)控系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)結(jié)果為一般可靠，該系統(tǒng)的可靠性仍需進(jìn)一步提高。傳感器工作環(huán)境極其惡劣，其精度保持性和抗干擾性一定程度上會(huì)受到破壞，出現(xiàn)信號(hào)采集不準(zhǔn)確的情況；遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)在井下進(jìn)行信號(hào)傳輸過程中，對(duì)通信寬帶要求較高，稍有干擾就會(huì)產(chǎn)生不可靠因素，但是因其權(quán)重系數(shù)不高，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的可靠性影響不大；其他系統(tǒng)運(yùn)行過程中的可靠性均較好。

4.1.5 智能通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

智能通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)結(jié)果為一般可靠，該系統(tǒng)的可靠性仍需進(jìn)一步提高。智能通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的無線通信基站在地面調(diào)試結(jié)果較為理想，可工作面位置環(huán)境多變，存在許多的障礙物，可能會(huì)妨礙通訊，因此智能化工作面進(jìn)行無線通信基站配置時(shí)需要充分考慮基站的功率和密集度，避免受到井下障礙物的干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。

4.1.6 智能負(fù)荷中心系統(tǒng)

智能負(fù)荷中心系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)結(jié)果為非?？煽?，該系統(tǒng)工作可靠。實(shí)際生產(chǎn)過程中智能負(fù)荷中心系統(tǒng)能夠?yàn)橹悄芑ぷ髅婵煽抗╇?，具有很好的系統(tǒng)兼容性，保證智能化工作面可靠運(yùn)行。

4.1.7 泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)

泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)結(jié)果為非?？煽浚撓到y(tǒng)工作能夠滿足整個(gè)系統(tǒng)的要求。實(shí)際生產(chǎn)過程中泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠?yàn)橹悄芑ぷ髅嫣峁┮簤簤毫?，控制能力較好，有利于提高礦井的管理水平。

4.2 智能化工作面可靠性分析

完成智能化工作面七個(gè)子系統(tǒng)可靠性分析之后進(jìn)行智能化工作面的可靠性分析，同樣基于模糊綜合可靠性評(píng)價(jià)方法，采用最大隸屬度原則計(jì)算分析，得出智能化工作面系統(tǒng)中非?？煽空急?.221 9，比較可靠占比0.234 1，一般可靠占比0.292 8，不太可靠占比0.189 0，很不可靠占比0.061 8。綜上所述智能化工作面的綜合分析結(jié)果為一般可靠趨于比較可靠。

5 結(jié)論

目前，我國煤礦智能化開采還處于探索和研究階段，很多關(guān)于智能化工作面的理論和技術(shù)還不是很完善。將模糊綜合可靠性評(píng)價(jià)方法應(yīng)用于晉煤集團(tuán)寺河礦中智能化工作面，對(duì)其進(jìn)行智能化工作面的可靠性評(píng)價(jià)與分析，不僅能夠獲得智能化工作面分系統(tǒng)中各指標(biāo)的可靠性情況，還能對(duì)整個(gè)智能化工作面進(jìn)行可靠性評(píng)價(jià)，省時(shí)省力，具有較好的工程應(yīng)用價(jià)值。