煤礦采掘裝備智能控制系統(tǒng)范文

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在2015年6月國家安全監(jiān)管總局的《開展“機(jī)械化換人、自動化減人”科技強(qiáng)安專項行動通知》中，明確提出，到2018年6月底，實現(xiàn)高危作業(yè)場所作業(yè)人員減少30%以上，大幅提高企業(yè)安全生產(chǎn)水平，并要求煤礦建設(shè)升級綜采工作面機(jī)械化自動化。

一、統(tǒng)煤礦采、掘裝備智能控制系

華洋通信科技股份有限公司依托國家863計劃主題項目、國家自然基金等科研成果，經(jīng)過近3年的科技攻關(guān)，研發(fā)出煤礦采、掘裝備智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)井下掘進(jìn)機(jī)、綜采工作面“三機(jī)”及相關(guān)配套設(shè)備的智能集中控制、協(xié)同工作、故障診斷、信息集成與綜合監(jiān)控。統(tǒng)及系列產(chǎn)品，是物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智能控制和信息處理等一系列技術(shù)的高度集成，由井上/下高速傳輸、掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、綜采工作面“三機(jī)”（采煤機(jī)、液壓支架及刮板運(yùn)輸機(jī)）智能控制、工作面配套設(shè)備協(xié)同工作、3DVR虛擬現(xiàn)實及故障診斷等14個子系統(tǒng)和裝備，是基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化控制技術(shù)在傳統(tǒng)煤炭開采中的創(chuàng)新性研究與應(yīng)用。

本系統(tǒng)采用采煤機(jī)位置檢測、工作面自動取直技術(shù)與水平控制技術(shù)，還集成了液壓支架電液控制技術(shù)、信息系統(tǒng)以及自動化軟件平臺，不僅實現(xiàn)了遠(yuǎn)程智能機(jī)械化與自動化采礦，大大提高了礦區(qū)的工作效率與管理效率，還能夠大量縮減采礦工作人員，大幅提高礦產(chǎn)安全程度，在國內(nèi)同類產(chǎn)品中具有先進(jìn)性及技術(shù)優(yōu)勢。針對地質(zhì)條件簡單、煤層穩(wěn)定的大中型煤礦，通過采用煤礦采、掘裝備智能控制系統(tǒng)及系列產(chǎn)品，應(yīng)用液壓支架電液控制系統(tǒng)等，代替液壓支架手工操作閥、傳統(tǒng)采煤機(jī)刮板輸送機(jī)泵站控制系統(tǒng)等手動操作平臺，實現(xiàn)割煤、推溜、運(yùn)輸?shù)裙に囘^程智能化，可減少工作面作業(yè)人員50%以上。

二、系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)

系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)包括：掘進(jìn)機(jī)、采煤機(jī)、電液控支架、刮板機(jī)的遠(yuǎn)程“三機(jī)”協(xié)同控制；實現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)、刮板機(jī)、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、皮帶機(jī)等機(jī)電裝備的工作面輸送裝備的遠(yuǎn)程集控；工作面視頻圖像全景拼接顯示和圖像跟隨采煤機(jī)位置自動切換顯示；基于三維虛擬現(xiàn)實數(shù)字化平臺（3DVR）實現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)、采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)的地面遠(yuǎn)程監(jiān)控；分析設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)設(shè)備自動保護(hù)功能，減少故障發(fā)生頻率，降低生產(chǎn)成本；檢測采區(qū)環(huán)境變化，預(yù)警事故隱患，危險情況發(fā)生時能夠自動停止設(shè)備工作，保障人員安全；統(tǒng)計設(shè)備運(yùn)行時間，為設(shè)備檢修提供可靠依據(jù)，同時能夠分析設(shè)備開機(jī)率及停機(jī)率，并確定設(shè)備停機(jī)原因，保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。

三、系統(tǒng)組成與原理

掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)掘進(jìn)裝備智能控制系統(tǒng)以掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制的關(guān)鍵技術(shù)為核心，掘進(jìn)機(jī)工作環(huán)境惡劣、照明嚴(yán)重不足，對于掘進(jìn)導(dǎo)向系統(tǒng)的限制條件很多。環(huán)境中的塵埃使得無法使用視覺導(dǎo)航定位；巷道無法使用全球定位系統(tǒng)，所以比較適用非視覺傳感器定位技術(shù)。系統(tǒng)采用電子測距和測角技術(shù)，建立掘進(jìn)機(jī)位姿自動測量及定向糾偏控制平臺，實現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)位姿測量和定向糾偏。掘進(jìn)機(jī)自動控制系統(tǒng)的控制方式有本機(jī)手動控制、無線遙控、遠(yuǎn)程遙控。其中本機(jī)手動控制為司機(jī)直接操作控制手柄，通過操作手柄直接控制換向閥，驅(qū)動各工作油缸及液壓馬達(dá)動作，實現(xiàn)掘進(jìn)作業(yè)。

無線遙控系統(tǒng)由司機(jī)操作遙控發(fā)射器在掘進(jìn)機(jī)附近控制掘進(jìn)機(jī)。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)由司機(jī)操作工業(yè)控制計算機(jī)，計算機(jī)通過CAN總線以及以太網(wǎng)與機(jī)載控制器通訊，實現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的遠(yuǎn)程操作。掘進(jìn)機(jī)綜合控制器如圖1所示。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)采用基于PC104的嵌入式隔爆計算機(jī)，其操作系統(tǒng)采用實時性較高的Linux操作系統(tǒng)，計算機(jī)通過CAN總線以及以太網(wǎng)與機(jī)載控制器通訊，匯集存入來自掘進(jìn)機(jī)控制器采集和傳來的數(shù)據(jù)，以及機(jī)載耐震低可視攝像系統(tǒng)傳來的圖像信號，隨時顯示這些數(shù)據(jù)參數(shù)和圖像，監(jiān)視掘進(jìn)機(jī)的工況和動作狀態(tài)。掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)組成如圖2。綜采工作面遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)根據(jù)綜采工作面生產(chǎn)系統(tǒng)特征，結(jié)合煤礦開采工藝過程，建立多源復(fù)雜異構(gòu)數(shù)據(jù)無縫信息交互模型。通過采煤機(jī)工作狀態(tài)參數(shù)在線監(jiān)測、控制、信號傳輸及可視化技術(shù)的整合，開發(fā)采煤機(jī)機(jī)載控制系統(tǒng)、采煤機(jī)順槽監(jiān)控系統(tǒng)、采煤機(jī)地面遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)采煤機(jī)的遠(yuǎn)程可視化控制與監(jiān)測，如圖3所示。

綜采工作面遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的核心是工作面“三機(jī)”協(xié)同控制，工作面“三機(jī)”協(xié)同控制策略的基本思想：按照采煤機(jī)行走割煤、液壓支架移架支護(hù)、推溜三個設(shè)備動作，設(shè)計綜采工作的循環(huán)協(xié)同控制步驟：割煤、裝煤、運(yùn)煤、移架、推移刮板輸送機(jī)槽（推溜）、推移刮板輸送機(jī)。綜采工作面遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)采用信息與通信技術(shù)、控制技術(shù)，開發(fā)新設(shè)備和集成控制軟件，實現(xiàn)液壓支架、采煤機(jī)、三機(jī)、乳化液泵站等單機(jī)及其現(xiàn)有控制系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，利用壓力、傾角、行程、負(fù)荷、視頻等各種傳感器實現(xiàn)采掘工作面工況、設(shè)備狀態(tài)等信息的感知，采用同一監(jiān)控平臺實現(xiàn)集視頻、語音、遠(yuǎn)程集中控制為一體的綜采工作面數(shù)字化集成控制系統(tǒng)，將工人從危險的工作面采場解放到相對安全的順槽監(jiān)控中心，實現(xiàn)在順槽監(jiān)控中心對綜采設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，達(dá)到工作面“無人”或少人開采的目的。

四、推廣應(yīng)用價值

井下采倔工作面地質(zhì)條件復(fù)雜，環(huán)境惡劣，自然災(zāi)害多，礦山生產(chǎn)過程受水、瓦斯、火、粉塵、頂板等多種客觀因素的制約，安全形勢依然嚴(yán)峻，嚴(yán)重影響礦山生產(chǎn)和人身安全。特別是近年安全事故頻發(fā)，安全管理工作做得好壞直接影響采礦工業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。統(tǒng)將井下工作面設(shè)備(采煤機(jī)、刮板機(jī)、液壓支架等)以及相關(guān)輔助設(shè)備的工況數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)酵槐O(jiān)控平臺內(nèi)，通過在順槽安放的井下主機(jī)對設(shè)備進(jìn)行集成顯示及遠(yuǎn)程協(xié)同控制。集控系統(tǒng)具備設(shè)備參數(shù)顯示、遠(yuǎn)程控制、故障信息報警等功能，所有數(shù)據(jù)匯總至同一平臺內(nèi)，使工作面設(shè)備有機(jī)地結(jié)合在一起，同時通過礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)信息傳輸，能夠在地面完成數(shù)據(jù)顯示、分析及遠(yuǎn)程監(jiān)控，具備視頻圖像全景拼接顯示和3DVR虛擬現(xiàn)實功能，提高礦山生產(chǎn)效率。為企業(yè)提供高效、即時的信息監(jiān)控，有效防控事故隱患，通過智能化設(shè)備與先進(jìn)系統(tǒng)的引入，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸至地上主機(jī)，便于企業(yè)即時發(fā)現(xiàn)設(shè)備與生產(chǎn)過程中的異常，即時調(diào)整改善，實現(xiàn)智能化管理與高效率安全生產(chǎn)。

煤礦采、掘裝備智能控制系統(tǒng)的建設(shè)實施，就是針對礦山生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)——采、掘作業(yè)，實現(xiàn)采掘機(jī)械智能控制，實現(xiàn)井下少人或無人開采，不僅能夠提高生產(chǎn)效率，還能夠減少礦山安全生產(chǎn)事故的發(fā)生，同時能夠促進(jìn)相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，對推動行業(yè)技術(shù)和智能化、自動化采礦的發(fā)展具有重要的作用。2015年11月，邯鄲礦業(yè)集團(tuán)郭二莊煤礦22204薄煤層綜采工作面自動化控制系統(tǒng)投入使用，工作面采煤作業(yè)實現(xiàn)自動化遠(yuǎn)程控制，順槽集控中心及采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制見圖4。2015年12月，中煤能源集團(tuán)平朔公司井工一礦19108綜采工作面集控系統(tǒng)投入使用，項目使用變頻控制技術(shù)。這些技術(shù)的應(yīng)用減少了現(xiàn)場人員，提高了生產(chǎn)效率及安全性。

作者：顧軍