廖振華

（山西寧武德盛煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036700）

引言

隨著煤炭市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，各煤炭生產(chǎn)企業(yè)不斷對(duì)綜采技術(shù)方案進(jìn)行升級(jí)，提升井下綜采作業(yè)效率和自動(dòng)化程度。但由于煤礦井下地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜、作業(yè)環(huán)境惡劣，在綜采作業(yè)過(guò)程中的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)均是通過(guò)各類(lèi)傳感器進(jìn)行，直觀性差、無(wú)法準(zhǔn)確判斷傳感器的工作狀態(tài)是否完好，而且對(duì)液壓支架支護(hù)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性差，無(wú)法及時(shí)對(duì)支架的支護(hù)姿態(tài)進(jìn)行判斷和調(diào)整，導(dǎo)致采煤機(jī)綜采作業(yè)過(guò)程中經(jīng)常和液壓支架出現(xiàn)片幫異常情況，給井下的綜采作業(yè)效率和綜采作業(yè)安全帶來(lái)了嚴(yán)重的隱患。因此需要在井下配備專(zhuān)業(yè)的人員對(duì)各類(lèi)傳感器的運(yùn)行狀態(tài)和液壓支架的支護(hù)狀態(tài)進(jìn)行判斷和調(diào)整，而利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和高清攝像技術(shù)建立的井下高清視頻實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、液壓支架姿態(tài)智能監(jiān)測(cè)和防片幫控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)“無(wú)人”化綜采作業(yè)。

1 自動(dòng)化綜采控制系統(tǒng)

自動(dòng)化綜采控制系統(tǒng)主要以物聯(lián)網(wǎng)為核心，將采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)等綜采面作業(yè)設(shè)備連接起來(lái)，通過(guò)大量的傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)采集大量的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和綜采作業(yè)流程優(yōu)化，設(shè)置各個(gè)設(shè)備運(yùn)行間的邏輯控制關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)井下綜采作業(yè)過(guò)程的自動(dòng)化控制，該自動(dòng)化聯(lián)控系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。

由圖1可知，該系統(tǒng)以主動(dòng)感知和自動(dòng)決策為核心，主動(dòng)感知主要是通過(guò)在各類(lèi)設(shè)備上添加壓力傳感器、傾角傳感器、位置傳感器、高清視頻攝像儀，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下綜采作業(yè)過(guò)程的全過(guò)程監(jiān)測(cè)。自動(dòng)決策是指通過(guò)對(duì)各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果的匯總，綜合判斷各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)是否滿(mǎn)足聯(lián)合綜采的需求，自動(dòng)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化值守作業(yè)。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，各個(gè)設(shè)備的監(jiān)測(cè)信息均通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞，滿(mǎn)足數(shù)據(jù)傳輸安全性和快速性的需求。

圖1 自動(dòng)化綜采控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

該系統(tǒng)采用了模塊化的設(shè)計(jì)思想，能夠根據(jù)不同煤礦綜采面的布置結(jié)構(gòu)，靈活選擇智能控制系統(tǒng)中的設(shè)備，具有可靠性高、穩(wěn)定性好、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。

2 高清視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

由于井下液壓支架組數(shù)量大，為了減少高清視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的投入同時(shí)最大限度地消除視覺(jué)盲點(diǎn)[2]，因此采用了具有旋轉(zhuǎn)功能和俯仰角調(diào)節(jié)功能的高清視頻監(jiān)測(cè)儀，為了確保在低可見(jiàn)度下的監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性，視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還具有紅外補(bǔ)光的功能。攝像設(shè)備具有防爆、防水功能，配有自動(dòng)清洗裝置，定期自動(dòng)進(jìn)行噴淋清洗，確保監(jiān)測(cè)的清晰度。

根據(jù)井下液壓支架和采煤機(jī)的布置關(guān)系，結(jié)合視頻監(jiān)測(cè)設(shè)備的性能參數(shù)，以6個(gè)支架為一個(gè)監(jiān)測(cè)小單元，攝像機(jī)安裝在中間支架的頂梁上，以視頻監(jiān)測(cè)設(shè)備能夠監(jiān)控到范圍內(nèi)截割滾筒的截割情況為準(zhǔn)。為了滿(mǎn)足井下復(fù)雜環(huán)境下，視頻信號(hào)傳輸?shù)木_性和快速性，系統(tǒng)以工業(yè)以太網(wǎng)為數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的核心，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群桶踩訹3]，見(jiàn)圖2。

圖2 井下高清視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3 支架姿態(tài)智能監(jiān)測(cè)和防片幫控制系統(tǒng)

對(duì)液壓支架支護(hù)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，主要是通過(guò)在支架上設(shè)置傾角傳感器、壓力傳感器、行程傳感器等，通過(guò)對(duì)支架支護(hù)高度、支護(hù)俯仰角、液壓缸工作壓力的監(jiān)測(cè)來(lái)判斷支架的支護(hù)狀態(tài)，對(duì)支架的最大支護(hù)高度、俯仰角度等設(shè)置超限報(bào)警，報(bào)警后系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)支護(hù)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，避免支架出現(xiàn)支護(hù)失穩(wěn)現(xiàn)象。為了避免在調(diào)節(jié)過(guò)程中各支架因支護(hù)高度不同而導(dǎo)致的煤矸石從夾縫中滑落傷人的情況，設(shè)置兩個(gè)相鄰支架間的支護(hù)高度差不能超過(guò)400 mm[4]，否則會(huì)觸發(fā)報(bào)警，并自動(dòng)調(diào)整。

由于綜采作業(yè)高度越大，作業(yè)過(guò)程中越容易發(fā)生片幫現(xiàn)象，因此在大采高支護(hù)作業(yè)時(shí)，需要對(duì)支架的支護(hù)壓力和強(qiáng)度進(jìn)行監(jiān)控，若各個(gè)支架超壓嚴(yán)重說(shuō)明存在較大的片幫和冒頂隱患，因此控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警控制信號(hào)，對(duì)液壓支架進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)壓和支護(hù)狀態(tài)調(diào)整，防止綜采作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)片幫和冒頂事故。

在液壓支架的頂部設(shè)置有接近傳感器，用于對(duì)支架護(hù)幫板是否到位進(jìn)行檢查，若回收到位則不會(huì)觸發(fā)警戒信號(hào)，若出現(xiàn)回收不到位情況，則系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警同時(shí)控制停止采煤機(jī)的進(jìn)給綜采作業(yè)，防止采煤機(jī)和液壓支架發(fā)生碰撞。

通過(guò)對(duì)該礦井自動(dòng)化聯(lián)控綜采技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，煤礦井下綜采面的單班作業(yè)人員由53人降低到了目前的25人，作業(yè)人數(shù)降低了52.8%，顯著提升了煤礦井下的綜采作業(yè)自動(dòng)化程度。

4 結(jié)論

1）依此設(shè)計(jì)的采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，能夠根據(jù)不同煤礦綜采面的布置結(jié)構(gòu)，靈活地選擇智能控制系統(tǒng)中的設(shè)備，自動(dòng)化聯(lián)控系統(tǒng)具有可靠性高、穩(wěn)定性好、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)；

2）高清視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)井下綜采作業(yè)過(guò)程的高清監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了對(duì)綜采面采煤機(jī)、液壓支架的工作狀態(tài)進(jìn)行全方位的可視化監(jiān)測(cè)；

3）支架姿態(tài)智能監(jiān)測(cè)和防片幫控制系統(tǒng)，能夠有效地提高支架支護(hù)的穩(wěn)定性，避免掘進(jìn)作業(yè)過(guò)程中采煤機(jī)和支架的碰撞，提升了井下綜采作業(yè)安全性；

4）新的聯(lián)控綜采技術(shù)能夠?qū)⒕C采面作業(yè)人員數(shù)量降低52.8%，極大地提升了井下綜采作業(yè)的自動(dòng)化程度。