孟小軍

（晉煤集團寺河煤礦二號井，山西晉城048019）

1 概述

晉煤集團寺河煤礦二號井94316綜采工作面東為九四西盤區(qū)大巷、南為94315工作面(已回采)、西為實體煤、北為實體煤。上部3#煤為寺河礦2306、2307工作面采空區(qū)(已回采)及其煤柱。

94316綜采工作面設(shè)計走向長度為1540m，傾向長度為134m，工作面回采煤層為9#煤層，平均厚度為1.1m，平均傾角為3°，工作面采用綜合機械化回采工藝。

由于寺河二號井所開采的9#煤層厚度小、煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜、地質(zhì)條件差等，且9#可采儲量為2800×104t，9#煤層服務(wù)年限長，若采用傳統(tǒng)回采工藝回采時不僅勞動作業(yè)強度大、回采效率低以及機械設(shè)備故障率高，而且威脅著回采安全，通過對94315綜采工作面回采現(xiàn)狀來看，傳統(tǒng)回采工藝平均回采效率為5.2m/d，產(chǎn)煤量每百萬噸設(shè)備故障率達9%；為了實現(xiàn)工作面集中控制，提高工作面回采效率，寺河煤礦二號井通過了技術(shù)研究，決定對工作面采用一套新型的智能化控制系統(tǒng)

2 智能化工作面控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

94316綜采工作面智能控制系統(tǒng)主要由順槽集控中心、地面調(diào)度中心、支架電液控制系統(tǒng)、采煤機控制系統(tǒng)、三機/順槽皮帶控制系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、工作面人員定位系統(tǒng)等子系統(tǒng)等部分組成[1]。

（1）順槽控制中心：順槽控制中心由控制室、上位機、交換機、攝像頭和操作臺等設(shè)備組成。通常在順槽控制室內(nèi)配置5臺上位機，鑲嵌在控制室操作臺上方。鍵盤和平板電腦操作臺鑲嵌在操作臺上。電纜和數(shù)據(jù)線隱藏在電纜槽內(nèi)。中間3臺為工控主機組成工控平臺，左右兩側(cè)2臺為視頻主機，也可以單獨再增加視頻顯示屏。順槽監(jiān)控中心配備2個攝像頭，監(jiān)控設(shè)備列車及順槽監(jiān)控中心視頻畫面。

（2）地面調(diào)度室：地面調(diào)度室主要由顯示大屏幕(3m×3m，或使用地面調(diào)度中心顯示大屏)、井上控制主機(2臺)、視頻顯示主機(2臺)等部分組成。在地面調(diào)度中心設(shè)置有智能工作面操作平臺，包含大屏顯示和系統(tǒng)控制（一鍵啟停、遠程控制、智能控制三種控制方式）。地面調(diào)度室采用鼠標(biāo)、鍵盤和平板電腦組合控制方式，簡便迅速，配備有急停按鈕，可在緊急情況下調(diào)度室急停工作面所有設(shè)備[2]。

（3）液壓支架電液控制系統(tǒng)：液壓支架電液控制系統(tǒng)主要由電源箱、控制器、主閥、攝像頭、壓力/采高/行程傳感器、供電系統(tǒng)等部分組成，如圖1所示；系統(tǒng)中照明燈、攝像頭、傳感器主要通過conm/4c型電纜連接，電液控制系統(tǒng)通過交換機接入到工控平臺，實現(xiàn)信息傳輸。

（4）采煤機控制系統(tǒng)：采煤機控制系統(tǒng)主要由采煤機上位機、交換機和工控平臺等部分組成且全部安裝在順槽控制室內(nèi)，采煤機上位機通過交換機和工控平臺相連并采用工業(yè)千兆以太網(wǎng)進行信息傳輸。與此同時采煤機的數(shù)據(jù)也通過工作面數(shù)據(jù)傳輸平臺，接入到工控平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向通訊。

（5）三機和順槽皮帶機控制系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要由三機就地控制箱、順槽皮帶就地控制箱、數(shù)據(jù)交換機和工控平臺等部分組成。

（6）視頻系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要由云臺攝像頭、工控平臺等部分組成。工作面每6架支架安裝一臺云臺攝像頭。安裝在支架頂梁處，朝向煤壁。視頻攝像頭和控制器相連，由控制器供電和控制[3]。視頻圖像經(jīng)過數(shù)據(jù)傳輸平臺，接入到工控平臺。安裝在工作面端頭的攝像頭(超前支架、轉(zhuǎn)載、破碎、順槽皮帶、泵站)經(jīng)過節(jié)點交換機將視頻圖像傳輸?shù)焦た仄脚_。

（7）人員系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要由工作面人員無線定位卡、以太網(wǎng)控制器、工控平臺等部分組成；工作面人員攜帶RFID射頻發(fā)射器，和工作面電液控制系統(tǒng)控制器進行雙向通訊。RFID數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)傳輸平臺進入到工控上位機。工控平臺依據(jù)人員位置、人員權(quán)限以及設(shè)備運行狀態(tài)等，制定相應(yīng)保護措施。

3 智能化工作面控制系統(tǒng)主要功能

（1）建立工作面控制系統(tǒng)、順槽監(jiān)控中心及地面調(diào)度中心三層結(jié)構(gòu)，完成對采煤機、液壓支架、刮板輸送機、泵站、供電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、顯示、參數(shù)修改及控制功能，實現(xiàn)設(shè)備就地控制、集中控制、數(shù)據(jù)上傳、遠程監(jiān)視的功能。

（2）通過服務(wù)器、交換機、信號轉(zhuǎn)換器，構(gòu)建一個統(tǒng)一開放的工作面百兆以太網(wǎng)。研究不同廠家設(shè)備之間的通訊協(xié)議融合，實現(xiàn)工作面設(shè)備信息匯集，滿足工作面視頻、音頻、監(jiān)控數(shù)據(jù)的傳輸要求。

（3）采用適合于低光照度、潮濕環(huán)境下的主動除塵攝像儀，將其部署于液壓支架、采煤機上，實現(xiàn)綜采設(shè)備運行情況、跟機視頻切換及工作面煤巖監(jiān)視的功能，為集中控制及遠程控制提供現(xiàn)場畫面參考。

（4）對采煤機進行技術(shù)改造或采用新型采煤機，采用采高監(jiān)測、角度監(jiān)測、紅外監(jiān)測、視頻顯示等先進傳感設(shè)備，并根據(jù)工作面煤層厚度變化以及地質(zhì)情況，實現(xiàn)采煤機自動調(diào)高、調(diào)速以及記憶割煤等目的[4]。

（5）實現(xiàn)工作面支架就地控制、集中控制、遠程控制及數(shù)據(jù)上傳，采用多傳感器位置及狀態(tài)識別、采煤機位置識別技術(shù)實現(xiàn)自動跟機移架。

（6）地面調(diào)度室可通過系統(tǒng)軟件對遠程工作面內(nèi)聯(lián)動設(shè)備如采煤機、液壓支架、刮板輸送機等進行遠程啟停動作；同時收集工作面綜采設(shè)備運行技術(shù)參數(shù)，實時上傳并生成分析報告。

（7）該系統(tǒng)主要采用RS485通信接口以及MODBUS RTU通信協(xié)議進行通信，可對工作面三機控制系統(tǒng)、帶式輸送機控制系統(tǒng)等進行自動控制以及雙向通信，從而實現(xiàn)了三機集成控制的目的[5]；同時當(dāng)智能化控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，三機集控子系統(tǒng)可進行獨立開機，從而保證工作面正常生產(chǎn)。

4 結(jié)束語

2020年2月對94316綜采工作面安裝了一套智能化控制系統(tǒng)，截止2020年8月通過6個月實際應(yīng)用效果來看，安裝該系統(tǒng)后工作面作業(yè)人數(shù)由原來的24人減少為7人，降低了工作面勞動作業(yè)強度，同時該系統(tǒng)提高了工作面所有機械設(shè)備聯(lián)動性，提高了工作面回采效率，以及工作面機械化自動作業(yè)水平，工作面回采速度由原來的5.2m/d提高至7.8m/d，加快了工作面回采速度，取得了顯著應(yīng)用成效。