煤层综采工作智能化控制系统运用

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摘要：针对寺河煤矿二号井94316综采工作面回采煤层薄、回采率低、工作面控制自动化水平低等技术难题，通过了技术研究对工作面采用了一套智能化控制系统，通过实际应有效果来看，采用该系统后实现工作面机械设备联动控制，降低了工作面劳动作业强度取得了显著应用成效。

关键词：综采工作面；智能化控制；结构组成；系统功能；应用分析

1概述

晋煤集团寺河煤矿二号井94316综采工作面东为九四西盘区大巷、南为94315工作面(已回采)、西为实体煤、北为实体煤。上部3#煤为寺河矿2306、2307工作面采空区(已回采)及其煤柱。94316综采工作面设计走向长度为1540m，倾向长度为134m，工作面回采煤层为9#煤层，平均厚度为1.1m，平均倾角为3°，工作面采用综合机械化回采工艺。由于寺河二号井所开采的9#煤层厚度小、煤层结构复杂、地质条件差等，且9#可采储量为2800×104t，9#煤层服务年限长，若采用传统回采工艺回采时不仅劳动作业强度大、回采效率低以及机械设备故障率高，而且威胁着回采安全，通过对94315综采工作面回采现状来看，传统回采工艺平均回采效率为5.2m/d，产煤量每百万吨设备故障率达9%；为了实现工作面集中控制，提高工作面回采效率，寺河煤矿二号井通过了技术研究，决定对工作面采用一套新型的智能化控制系统

2智能化工作面控制系统结构组成

94316综采工作面智能控制系统主要由顺槽集控中心、地面调度中心、支架电液控制系统、采煤机控制系统、三机/顺槽皮带控制系统、视频系统、工作面人员定位系统等子系统等部分组成[1]。

（1）顺槽控制中心：顺槽控制中心由控制室、上位机、交换机、摄像头和操作台等设备组成。通常在顺槽控制室内配置5台上位机，镶嵌在控制室操作台上方。键盘和平板电脑操作台镶嵌在操作台上。电缆和数据线隐藏在电缆槽内。中间3台为工控主机组成工控平台，左右两侧2台为视频主机，也可以单独再增加视频显示屏。顺槽监控中心配备2个摄像头，监控设备列车及顺槽监控中心视频画面。

（2）地面调度室：地面调度室主要由显示大屏幕(3m×3m，或使用地面调度中心显示大屏)、井上控制主机(2台)、视频显示主机(2台)等部分组成。在地面调度中心设置有智能工作面操作平台，包含大屏显示和系统控制（一键启停、远程控制、智能控制三种控制方式）。地面调度室采用鼠标、键盘和平板电脑组合控制方式，简便迅速，配备有急停按钮，可在紧急情况下调度室急停工作面所有设备[2]。

（3）液压支架电液控制系统：液压支架电液控制系统主要由电源箱、控制器、主阀、摄像头、压力/采高/行程传感器、供电系统等部分组成，如图1所示；系统中照明灯、摄像头、传感器主要通过conm/4c型电缆连接，电液控制系统通过交换机接入到工控平台，实现信息传输。

（4）采煤机控制系统：采煤机控制系统主要由采煤机上位机、交换机和工控平台等部分组成且全部安装在顺槽控制室内，采煤机上位机通过交换机和工控平台相连并采用工业千兆以太网进行信息传输。与此同时采煤机的数据也通过工作面数据传输平台，接入到工控平台，实现数据双向通讯。

（5）三机和顺槽皮带机控制系统：该系统主要由三机就地控制箱、顺槽皮带就地控制箱、数据交换机和工控平台等部分组成。

（6）视频系统：该系统主要由云台摄像头、工控平台等部分组成。工作面每6架支架安装一台云台摄像头。安装在支架顶梁处，朝向煤壁。视频摄像头和控制器相连，由控制器供电和控制[3]。视频图像经过数据传输平台，接入到工控平台。安装在工作面端头的摄像头(超前支架、转载、破碎、顺槽皮带、泵站)经过节点交换机将视频图像传输到工控平台。

（7）人员系统：该系统主要由工作面人员无线定位卡、以太网控制器、工控平台等部分组成；工作面人员携带RFID射频发射器，和工作面电液控制系统控制器进行双向通讯。RFID数据经过数据传输平台进入到工控上位机。工控平台依据人员位置、人员权限以及设备运行状态等，制定相应保护措施。

3智能化工作面控制系统主要功能

（1）建立工作面控制系统、顺槽监控中心及地面调度中心三层结构，完成对采煤机、液压支架、刮板输送机、泵站、供电系统的数据采集、显示、参数修改及控制功能，实现设备就地控制、集中控制、数据上传、远程监视的功能。

（2）通过服务器、交换机、信号转换器，构建一个统一开放的工作面百兆以太网。研究不同厂家设备之间的通讯协议融合，实现工作面设备信息汇集，满足工作面视频、音频、监控数据的传输要求。

（3）采用适合于低光照度、潮湿环境下的主动除尘摄像仪，将其部署于液压支架、采煤机上，实现综采设备运行情况、跟机视频切换及工作面煤岩监视的功能，为集中控制及远程控制提供现场画面参考。

（4）对采煤机进行技术改造或采用新型采煤机，采用采高监测、角度监测、红外监测、视频显示等先进传感设备，并根据工作面煤层厚度变化以及地质情况，实现采煤机自动调高、调速以及记忆割煤等目的[4]。

（5）实现工作面支架就地控制、集中控制、远程控制及数据上传，采用多传感器位置及状态识别、采煤机位置识别技术实现自动跟机移架。

（6）地面调度室可通过系统软件对远程工作面内联动设备如采煤机、液压支架、刮板输送机等进行远程启停动作；同时收集工作面综采设备运行技术参数，实时上传并生成分析报告。

（7）该系统主要采用RS485通信接口以及MOD⁃BUSRTU通信协议进行通信，可对工作面三机控制系统、带式输送机控制系统等进行自动控制以及双向通信，从而实现了三机集成控制的目的[5]；同时当智能化控制系统出现故障时，三机集控子系统可进行独立开机，从而保证工作面正常生产。

4结束语

2020年2月对94316综采工作面安装了一套智能化控制系统，截止2020年8月通过6个月实际应用效果来看，安装该系统后工作面作业人数由原来的24人减少为7人，降低了工作面劳动作业强度，同时该系统提高了工作面所有机械设备联动性，提高了工作面回采效率，以及工作面机械化自动作业水平，工作面回采速度由原来的5.2m/d提高至7.8m/d，加快了工作面回采速度，取得了显著应用成效。

参考文献：

[1]高久国.唐口煤矿智能化放顶煤工作面升级改造技术研究[J].山东煤炭科技,2020(8):113-115.

[2]赵宇明.千万吨综放工作面设备智能化升级与选型配套[J].煤,2020(8):43-45.

[3]樊亚辉.综采智能化工作面开采关键技术研究[J].科学技术与创新,2020(22):156-157.

[4]李刚.薄煤层工作面智能化成套装备关键技术研究[J].矿山机械,2020(7):5-10.

[5]岳通.西山煤电屯兰矿智能化工作面的研究分析[J].煤炭与化工,2020(6):91-93.152

作者：孟小军 单位：晋煤集团寺河煤矿二号井