郭 凯

（晋煤集团寺河矿，山西 晋城048200）

引言

近年来，煤炭行业加速推行矿山数字化技术的应用，提出了智能化工作面的建设，但是智能化工作面的设计和应用较为前沿，在系统的构建过程中存在很多问题和争议[1-3]。除此之外，智能化工作面系统组成设备的性能参数在工作过程中极易受到外界因素的影响，例如煤层倾角、工作面周围环境、设备之间的协作情况、操作管理人员的技术水平等，并且上述影响因素具有随机性，智能化工作面运行过程中就会存在不稳定问题[4-6]。为了提高智能化工作面的管理水平与经济效益，结合晋煤集团寺河矿智能化工作面的建设情况，展开智能化工作面的可靠性研究。

1 智能化工作面系统构成及功能

智能化工作面在煤炭行业较早出现，其含义是井下煤矿回采工作面不需要工人，通过采煤设备的远程操作、监视和控制，使工人摆脱传统的工作面作业形式，完成井下煤炭的开采。智能化工作面系统通常由集中控制中心、采煤机智能控制系统、支架围岩电液控系统、工作面设备信息监控管理系统、智能通讯网络系统、矿用防爆智能负荷中心系统和泵站自动化控制系统组成。各系统之间采用工业以太网与无线网联系在一起，借助通信技术完成数据的传输。

工作面集控中心用于井下煤炭开采工作的集中调度；采煤机智能控制系统运用传感器件实时监测采煤机的运行状况；智能网络通信技术主要完成远程信息的传输；支架围岩电液控系统用于对支架控制组件的综合控制；工作面设备信息监控管理系统主要是将井下工作面处的实际作业情况进行视频监视；智能通讯网络系统主要将综采工作面内的全部网络设施进行联网，形成封闭的局域网；智能负荷中心系统用于保证智能化工作面的持续供电需求；泵站自动化控制系统为工作面提供工作需要的压力。

2 模糊综合可靠性评价方法

模糊综合评价主要采用了模糊线性变换原理和最大隶属原则进行可靠性的评价，适应于系统较为复杂、多因素共同影响的情况。通过对系统进行分级评价，由最末级影响因素进行量化评价，逐级向前进行系统的量化评价，最后得出系统的综合评价结果。模糊综合评价方法主要从整个系统的角度出发进行可靠性评价。本文采用模糊综合可靠性评价方法完成整个智能化工作面的可靠性分析。

3 可靠性评价方法的应用

晋煤集团寺河矿智能化工作面主要包括集中控制中心、采煤机智能控制系统、支架围岩电液控系统、工作面设备信息监控管理系统、智能通讯网络系统、矿用防爆智能负荷中心系统和泵站自动化控制系统，将其作为智能化工作面的可靠性评价指标。通过对可靠性评价指标的分析，两两对比得出各系统相对于整个智能化工作面的权重值。采用相同的方式对各个分系统进行了可靠性评价，得出可靠性指标相对于各个子系统的权重值。权重评价结果如下页表1所示。

运用模糊综合可靠性评价方法对智能化工作面及其各子系统进行评价分析，以最少的人力、财力、物力获得有效的智能化工作面可靠性评价结果，明确智能化工作面工作过程中的薄弱环节。因智能化工作面系统组成较为复杂，许多因素不能只用可靠或者不可靠进行评价，基于此指定了评价等级包括非常可靠、比较可靠、一般可靠、不太可靠、很不可靠。评价过程中的专家为晋煤集团寺河矿中智能化工作面的设计人员和操作人员等20人，可靠性评价结果如下页表1所示。

4 智能化工作面可靠性分析

基于模糊综合可靠性评价方法，采用最大隶属度原则，完成各个子系统的可靠性评价。

表1 评价结果

4.1 各子系统可靠性分析

4.1.1 集中控制中心

集中控制中心可靠性评价结果为一般可靠，该系统的可靠性仍需进一步提高。实际生产过程中，传输带的磨损使实时图像的传输滞后，图像监视不可靠；通过增强人员检查、工作面广播系统的可靠性，能够提高集中控制中心的可靠性。

4.1.2 采煤机智能控制系统

采煤机智能控制系统可靠性评价结果为不太可靠，该系统的可靠性有待进一步提高。实际生产过程中煤炭识别系统不稳定，主要原因是工作面处的煤层和岩层区别不大，极易出现挑顶割底问题，使智能化采煤机实现自动适应采煤功能较为困难，大部分时间都要采用方形切割的方法开展采煤工作。

4.1.3 支架围岩电液控制系统

支架围岩电液控制系统可靠性评价结果为比较可靠，该系统的可靠性比较好。实际生产过程中随着电液自动化控制技术的飞速发展，元器件可靠性的不断提高，支架围岩电液控制技术越来越成熟，控制过程的可靠性逐年升高。

4.1.4 工作面设备信息监控系统

工作面设备信息监控系统可靠性评价结果为一般可靠，该系统的可靠性仍需进一步提高。传感器工作环境极其恶劣，其精度保持性和抗干扰性一定程度上会受到破坏，出现信号采集不准确的情况；远程诊断系统在井下进行信号传输过程中，对通信宽带要求较高，稍有干扰就会产生不可靠因素，但是因其权重系数不高，对整个系统的可靠性影响不大；其他系统运行过程中的可靠性均较好。

4.1.5 智能通讯网络系统

智能通讯网络系统可靠性评价结果为一般可靠，该系统的可靠性仍需进一步提高。智能通讯网络系统中的无线通信基站在地面调试结果较为理想，可工作面位置环境多变，存在许多的障碍物，可能会妨碍通讯，因此智能化工作面进行无线通信基站配置时需要充分考虑基站的功率和密集度，避免受到井下障碍物的干扰，提高系统的可靠性。

4.1.6 智能负荷中心系统

智能负荷中心系统可靠性评价结果为非常可靠，该系统工作可靠。实际生产过程中智能负荷中心系统能够为智能化工作面可靠供电，具有很好的系统兼容性，保证智能化工作面可靠运行。

4.1.7 泵站自动化控制系统

泵站自动化控制系统可靠性评价结果为非常可靠，该系统工作能够满足整个系统的要求。实际生产过程中泵站自动化控制系统能够为智能化工作面提供液压压力，控制能力较好，有利于提高矿井的管理水平。

4.2 智能化工作面可靠性分析

完成智能化工作面七个子系统可靠性分析之后进行智能化工作面的可靠性分析，同样基于模糊综合可靠性评价方法，采用最大隶属度原则计算分析，得出智能化工作面系统中非常可靠占比0.221 9，比较可靠占比0.234 1，一般可靠占比0.292 8，不太可靠占比0.189 0，很不可靠占比0.061 8。综上所述智能化工作面的综合分析结果为一般可靠趋于比较可靠。

5 结论

目前，我国煤矿智能化开采还处于探索和研究阶段，很多关于智能化工作面的理论和技术还不是很完善。将模糊综合可靠性评价方法应用于晋煤集团寺河矿中智能化工作面，对其进行智能化工作面的可靠性评价与分析，不仅能够获得智能化工作面分系统中各指标的可靠性情况，还能对整个智能化工作面进行可靠性评价，省时省力，具有较好的工程应用价值。