綜采面自動化控制系統研究

綜采面自動化控制系統研究

摘要：針對綜采面自動化控制系統的應用開展探究。在分析國內綜采設備現狀的基礎上，分析了綜采面自動化控制系統設計，并對其應用效果做出探究，希望能為其他礦井相似工程的開展提供參考。

關鍵詞：礦井；綜采面；自動化控制系統

綜采工作面是煤礦井下生產的主要場所，其所處地質環境復雜多變、相對惡劣，生產作業設備類型多樣，因此若想實現綜采作業的高效、智能化開展必須構建配套的集成控制系統，實現對各類綜采設備的集中控制。本文結合工程實際對綜采面自動化控制系統開展探究，為推動礦井生產的現代化發展提供幫助。

1國內綜采設備現狀

現階段，中國綜采設備的發展已從機械化和電氣化階段發展進入自動化階段，其中綜采液壓支架電液控制、三機啟停控制和采煤機跟機控制均已初步實現智能自動化，通過覆蓋全礦井工業以太網的構建，各種類型的視頻監控裝置不斷覆蓋綜采面，為井下作業的全面自動化開展提供了必要基礎。但多數礦井綜采面設備只是部分實現了集中控制，多數設備仍為單機控制。因此，需要針對性地進一步完善自動化控制方案，構建完整的自動化控制系統軟件，并配套相應的視頻技術，確保綜采面自動化控制的遠程可視化[1]。

2綜采面自動化控制系統設計分析

2.1總體方案

圖1為綜采面自動化控制系統總體結構示意圖。該系統基于覆蓋全礦井的工業以太網、無線局域網、無線自組網技術，構建井下信息交互快速通道，確保井下設備有線及無線方式的快速接入。與此同時，運用Ethernet/IP通訊協議，將采煤機、運輸機、破碎機、泵站等各類井下綜采設備聯入網絡，通過順槽監控中心進行統一調度。而在順槽監控中心內布設高效隔爆工況機與本安顯示裝置，并通過所設計上位機控制軟件對綜采面各個設備運行狀態參數進行監測分析和智能控制[2]。

2.2支架與采煤機遠程控制分析

伴隨電液控制系統在煤礦井下的不斷普及應用和升級，已基本達成與采煤機的跟機自動化作業。所以，支架的遠程控制應以液壓支架跟隨采煤機智能動作為主，以人工遠程操控為輔。針對這一目標，需借助順槽監控中心內配設的工況機對液壓支架使用數據進行采集分析，進而判定其動作到位情況，并根據需要通過遠程操作平臺發送相關動作指令，對設備運行進行調控。順槽監控中心中還配設有采煤機工況機，通過采煤機實時狀態監測和視頻監控系統對采煤機運行進行判定，在需要時可發出動作調控指令，經由數據通訊總線傳輸至采煤機，達成對采煤機的遠程調控。

2.3支架防碰撞技術

鑒于煤礦井下作業條件相對惡劣，地質環境復雜多變，在回采作業過程中往往會伴生大量煤塵，使得回采面能見度較低，容易發生采煤機與支架的碰撞事故。針對此，在自動化控制系統中引入三維虛擬現實技術，從而實現對支架碰撞的超前預警。三維虛擬現實技術應用原理為在回采面液壓支架及采煤機周圍布設1圈碰撞包圍圈，用于感應彼此距離，同時在虛擬軟件中對支架和采煤機兩設備三維模型的包圍圈相對安全距離進行設定，作業時通過對包圍圈兩者相對距離的實時監測，實現對兩者是否存在碰撞危險的判定。其作業流程示意圖如圖2所示。

2.4回采面找直技術

綜采面液壓支架在經歷自動降架、移架和升架作業后，可能會導致回采面不再符合三平兩直的相關要求，同時考慮到綜采面及兩側巷道均為狹長形狀，內部不僅分布有很多的各類綜采設備，同時地形也存在顯著的起伏，這使得回采面的找直難度大幅增加。針對這一難題，在綜采面所有液壓支架的相同位置布設1盞指示燈，并在回采面端頭布設攝像儀對支架方向圖像進行抓取，在此基礎上再借助圖像處理算法對各支架指示燈進行檢測，從而判定所有指示燈是否處于同一直線，并對偏離直線的指示燈位置進行確定，從而計算出作業面支架所需推移的實際距離，實現回采面支架的自動找直。自動找直后綜采面布設見圖3。

2.5視頻拼接技術分析

伴隨光學檢測技術的不斷發展，井下專用礦井攝像儀的成像質量不斷提升，這為順槽監控中心遠程控制設備更高質量的作業提供了更加有力的技術保障。不過由于單個攝像裝置所能檢測范圍相對有限，簡單地通過多個窗口進行同步顯示，不僅觀測效果不夠直接且容易造成作業人員的視覺疲勞。針對這一問題研發視頻拼接技術，并應用于井下視頻監控系統中，從而確保監測終端可對全綜采面進行直接觀測，從而為遠程干預操作提供直接參考。多路視頻的實時拼接系統運行流程示意圖如圖4所示，首先通過攝像裝置獲得多個待拼接的圖像，并通過廣角畸變進行校正；然后針對相鄰圖像進行特征點檢測和匹配，所得結果開展坐標轉換后，開展圖像融合處理，獲得最終拼接完成的圖像。通過視頻拼接系統實現了井下多路支架視頻畫面的有效拼接展示，所得拼接畫面能方便作業人員對支架作業狀態進行更加直觀的觀測，對于更好地保障井下作業安全性效果顯著。

3應用效果分析

A礦3102綜采面處于井下二采區，作業面走向長度250m，推進長度1800m，上部頂板松散層厚度6~42.1m，主采煤層為3#煤，煤層傾角2°~5°，厚度均值4.1m，設計采高3.9m。通過在該綜采面應用所設計自動化控制系統，在確保井下生產作業有效開展的同時大幅減少了作業面人員數量，礦井綜合效益顯著提升。

4結語

綜采作業自動智能化發展是現代化礦井發展的必然趨勢之一。礦井管理者必須高度重視相關問題，在生產中組織專業人員開展積極研究，通過綜合運用多種新型現代化技能，構建有效的綜采自動化控制系統，實現對綜采設備的集中遠程監視和操控，確保回采作業效率的同時減少回采面人員數量，實現礦井綜合效益的提升。

參考文獻：

［1］張保文.綜采自動化采煤技術的使用及分析［J］.山東工業技術，2019(2)：92.

［2］拜志軍.綜采工作面設備集中控制應用分析［J］.能源與節能，2018(11)：162-163.

作者：張彥明 單位：陽泉煤業集團興峪煤業有限公司