矿井智能化联控综采技术的研究

2021-09-21赵东

机械管理开发 2021年8期

赵东

（山西宁武大运华盛南沟煤业有限公司，山西宁武 036700）

引言

随着煤炭市场的竞争不断加剧，各煤炭生产企业不断对综采技术方案进行升级，以提升井下综采作业效率和自动化程度。但由于煤矿井下地质环境复杂、作业环境恶劣，在综采作业过程中的远程监测均是通过各类传感器进行，直观性差、无法准确判断传感器的工作状态是否完好，而且对液压支架支护状态的监测准确性差，无法及时对支架的支护姿态进行判断和调整，导致采煤机综采作业过程中经常和液压支架出现片帮异常，给井下的综采作业效率和综采作业安全带来了严重的隐患。因此需要在井下配备专业的人员对各类传感器的运行状态和液压支架的支护状态进行判断和调整，确保综采作业的连续性强，危险性低。

随着物联网技术和高清摄像技术的快速发展，一种新的矿井智能化联控综采技术逐步得到发展和应用，能够实现对井下综采作业的远程视频监控和调整，确保综采作业的安全性和连续性。

1 智能化联控系统

结合目前井下综采作业的不足和智能化综采作业的需求，本文所提出的智能化联控系统主要以物联网为核心，将采煤机、液压支架、刮板输送机等综采面作业设备连接起来，通过大量的传感器来实现对各设备运行状态的实时监测，通过采集大量的运行状态数据和优化综采作业流程，设置各个设备运行间的逻辑控制关系，从而实现对井下综采作业过程的智能化控制，该智能化联控系统结构如图1 所示[1]。

图1 智能化联控系统结构示意图

由图1 可知，该系统以主动感知和自动决策为核心，主动感知主要是通过在各类设备上添加压力传感器、倾角传感器、位置传感器、高清视频摄像仪，实现对井下综采作业过程的全过程监测。自动决策是指通过对各设备运行状态监测结果的汇总，综合判断各设备运行状态是否满足联合综采的需求，自动对设备运行状态进行调整，实现无人化值守作业。系统运行过程中各个设备的监测信息均通过以太网络进行传递，满足数据传输安全性和快速性的需求。该系统采用了模块化的设计思想，能够根据不同煤矿综采面的布置结构，灵活选择智能控制系统中的设备，具有可靠性高、稳定性好、适应性强的特点。

2 高清视频监测系统

为了满足井下无人化综采作业监测的需求，远程控制中心的人员需要对综采面采煤机、液压支架的工作状态进行全方位的可视化监测，以便准确判断其相互配合状态是否正常。由于井下液压支架组数量大，为了减少高清视频监测系统的投入，同时最大限度地消除视觉盲点[2]，因此采用了具有旋转功能和俯仰角调节功能的高清视频监测仪。为了确保在低可见度下的监测准确性，视频监测系统还具有红外补光的功能。摄像设备具有防爆、防水功能，配有自动清洗装置，定期自动进行喷淋清洗，确保监测的清晰度。

根据井下液压支架和采煤机的布置关系，结合视频监测设备的性能参数，以6 个支架为一个监测小单元，摄像机安装在中间支架的顶梁上，以视频监测设备能够监控到范围内截割滚筒的截割情况为准。为了满足井下复杂环境下，视频信号传输的精确性和快速性，系统以工业以太网为数据传输网络的核心，确保数据传输的速度和安全性，该井下高清视频监测系统结构如图2 所示[3]。

图2 井下高清视频监测系统结构示意图

3 支架姿态智能监测和防片帮控制系统

对液压支架支护状态的监测，主要是通过在支架上设置倾角传感器、压力传感器、行程传感器等，通过对支架支护高度、支护俯仰角、液压缸工作压力的监测来判断支架的支护状态，对支架的最大支护高度、俯仰角度等设置超限报警，报警后系统自动对支护状态进行调整，避免支架出现支护失稳现象。为了避免在调节过程中各支架因支护高度不同而导致的煤矸石从夹缝中滑落伤人的情况，设置两个相邻支架间的支护高度差不能超过400 mm[4]，否则会触发报警，并自动调整。

由于综采作业高度越大，作业过程中越容易发生片帮现象，因此在大采高支护作业时，需要对支架的支护压力和强度进行监控，若各个支架超压严重说明存在较大的片帮和冒顶隐患，因此控制系统发出报警控制信号，对液压支架进行自动补压和支护状态调整，防止综采作业过程中出现片帮和冒顶事故。

在液压支架的顶部设置有接近传感器，用于对支架护帮板是否到位进行检查，若回收到位则不会触发警戒信号，若出现回收不到位情况，则系统发出声光报警同时控制停止采煤机的进给综采作业，防止采煤机和液压支架发生碰撞。