韋 瑜

（山西新景礦煤業(yè)有限責任公司，山西 陽泉045008）

引言

煤炭行業(yè)是我國重要的傳統(tǒng)能源行業(yè)，隨著各類清潔能源發(fā)展步伐的提速，至2020年我國煤炭能源占比已降至57.5%。煤礦智能化技術推進已在該行業(yè)安全生產(chǎn)保障、高效經(jīng)營管理、提升經(jīng)濟效益等方面有了顯著的成果。智能化采煤工作面裝備逐步向“數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化”發(fā)展。因此，以某礦井3216采煤工作面智能化裝備應用為基礎，對相關自動化技術進行分析研究。

1 工程概況

某礦井3216綜采工作面呈南北走向，埋藏深度為460～530 m。本工作面煤層總厚2.19～2.79 m，平均厚度2.39 m，走向長1 390 m，傾斜長216 m，煤層傾角2°～9°，平均傾角5°。井田面積300 240 m2，可采儲量948 400 t。

2 設備配套

3216工作面主要綜采設備及參數(shù)如表1所示。

表1 3216工作面主要綜采設備及參數(shù)表

2.1 智能化系統(tǒng)組成

該工作面智能化系統(tǒng)由六個子系統(tǒng)組成。分別是：工作面監(jiān)控中心（包括液壓支架電液控系統(tǒng)、三機通訊控制系統(tǒng)、采煤機控制通訊系統(tǒng)、智能集成供液系統(tǒng)）、綜合自動化軟件系統(tǒng)、無線工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)視頻系統(tǒng)、地面調(diào)度中心監(jiān)控系統(tǒng)、VOIP語音通訊系統(tǒng)。

2.2 創(chuàng)新應用效果

采煤工作面智能化裝備逐步向通訊無線化、設備集成化、智能全感知、智能化決策、自適應控制的趨勢發(fā)展，在“減人提效”方面成效顯著。

2.2.1 液壓支架電液控制系統(tǒng)

液壓支架電液控制系統(tǒng)可實現(xiàn)支架狀態(tài)數(shù)據(jù)采集、支架中部自動跟機、支架無線遙控等功能。通過支架遙控器遠距離控制電液控支架，大大拓展了支架操作工的觀察視野，其采用433 MHz無線載波頻率，無線通信速率38.4 kbit/s，無線遙控距離大于5 m，信號穩(wěn)定準確，操作更加安全便捷。能夠遠距離控制液壓支架的動作，實現(xiàn)本架液壓支架的非自動控制和自動順序聯(lián)動控制及成組自動控制。工作原理主要分為無線充電、對碼、按鍵操作控制、各種信息顯示等。支架遙控器還采用了先進的無線充電技術，減少了外露接口的設計，提高了支架遙控器的防爆、防水等安全性能。利用紅外收發(fā)電路和無線模塊完成精確對碼，支架操作時間平均減少30 s。靈活的操作位置使支架操作工的人身安全明顯提高。

2.2.2 三機控制系統(tǒng)

三機泛指采煤機、刮板運輸機、轉(zhuǎn)載機、破碎機、皮帶機，可實現(xiàn)采煤生產(chǎn)主要裝備的語音預警、工況監(jiān)測、聯(lián)動及一鍵啟停控制。通過ZJJ24型礦用監(jiān)測裝置，采集電機、減速器運行參數(shù)，實現(xiàn)故障預警、故障停機等功能。

2.2.3 采煤機控制系統(tǒng)

通過DT500型載波通訊系統(tǒng)實現(xiàn)采煤機遠程控制。采用CAN總線通訊控制方式，通過牽引及采高編碼器、瓦斯傳感器等工況數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)采煤機自動記憶截割及瓦斯聯(lián)動控制。

2.2.4 智能集成供液系統(tǒng)

可實現(xiàn)自動進水、配液、供液。通過各類傳感器的數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)凈水站、泵站裝備工況監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集及自動控制。通過進出液端安裝的壓力傳感器，實現(xiàn)液壓過濾系統(tǒng)裝備的自動反沖洗。

2.2.5 無線工業(yè)以太網(wǎng)

可實現(xiàn)2.4 GHz WiFi無線通信的工作面全覆蓋、工作面—地面手機視頻通話、手機查看裝備運行工況及工業(yè)視頻監(jiān)控。本質(zhì)安全型無線基站使用2.4 GHz WiFi無線通信技術，允許雙向傳輸，抗干擾性強，通用性強，傳輸速率可達54 Mbit/s，傳輸距離遠（工作距離100 m）?？蓪崿F(xiàn)井下防爆手機WiFi熱點接入，可在全工作面實時訪問或修改視頻及其他設備數(shù)據(jù)參數(shù)。具備RS485接口，可用于自動化工作面的各類開關、變頻器的遠程控制及數(shù)據(jù)采集?；九c基站之間采用快插光纖連接器橋接，帶寬可達到千兆，適用于高清攝像儀視頻信號的穩(wěn)定傳輸。外部設備連接比較靈活，采用喇叭嘴壓線方式及快插方式。

2.2.6 工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

可實現(xiàn)工作面視頻跟機、重點區(qū)域視頻監(jiān)測。高清云臺攝像儀具備TCP/IP及2.4GWiFi有線和無線雙通訊系統(tǒng)，視頻傳輸穩(wěn)定性高。通過云臺控制，實現(xiàn)多角度、大范圍監(jiān)測，以視頻拼接技術為基礎，實現(xiàn)工作面視頻全覆蓋。

2.2.7 地面調(diào)度中心監(jiān)控系統(tǒng)

可實現(xiàn)工作面綜合自動化裝備遠程監(jiān)控、視頻遠程監(jiān)視及重要信息歷史數(shù)據(jù)記錄查詢。授權模式下可實現(xiàn)井下工作面三機的一鍵啟停功能。

2.2.8 VOIP語音通訊系統(tǒng)

可實現(xiàn)調(diào)度室與井下工作面及順槽皮帶的KTC101沿線電話通話，并可監(jiān)聽井下沿線的語音通話及報警，用于應急事故處置。

3 技術優(yōu)勢與安全效益

支架遙控器可定制化設計，操作位置高度靈活且功能齊全，危險預控能力大大提升。遙控器與控制器定向匹配，有較高的操作安全性，勞動強度小，工作效率高。

無線WiFi基站提供了高速、穩(wěn)定的通訊手段，裝備數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)事故應急處理、煤礦井下防爆手機終端視頻通話和監(jiān)測監(jiān)控等方面實用性強。

4 結語

智能化采煤裝備應用要完成“無人化”的最終目標，還需要攻克一些關鍵核心技術。譬如：傳感器在小型化設計、無線化通訊、精確度保障方面需要加大研發(fā)力度；設備協(xié)同控制在模塊化設計、抗電磁干擾、智能化決策方面亟需優(yōu)化；智能化系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術應用方面還有待重點攻關。