綜采面自動(dòng)化控制系統(tǒng)研究

摘要：針對(duì)綜采面自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用開展探究。在分析國內(nèi)綜采設(shè)備現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析了綜采面自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并對(duì)其應(yīng)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(guān)鍵詞：礦井；綜采面；自動(dòng)化控制系統(tǒng)

綜采工作面是煤礦井下生產(chǎn)的主要場(chǎng)所，其所處地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜多變、相對(duì)惡劣，生產(chǎn)作業(yè)設(shè)備類型多樣，因此若想實(shí)現(xiàn)綜采作業(yè)的高效、智能化開展必須構(gòu)建配套的集成控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類綜采設(shè)備的集中控制。本文結(jié)合工程實(shí)際對(duì)綜采面自動(dòng)化控制系統(tǒng)開展探究，為推動(dòng)礦井生產(chǎn)的現(xiàn)代化發(fā)展提供幫助。

1國內(nèi)綜采設(shè)備現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，中國綜采設(shè)備的發(fā)展已從機(jī)械化和電氣化階段發(fā)展進(jìn)入自動(dòng)化階段，其中綜采液壓支架電液控制、三機(jī)啟�？刂坪筒擅簷C(jī)跟機(jī)控制均已初步實(shí)現(xiàn)智能自動(dòng)化，通過覆蓋全礦井工業(yè)以太網(wǎng)的構(gòu)建，各種類型的視頻監(jiān)控裝置不斷覆蓋綜采面，為井下作業(yè)的全面自動(dòng)化開展提供了必要基礎(chǔ)。但多數(shù)礦井綜采面設(shè)備只是部分實(shí)現(xiàn)了集中控制，多數(shù)設(shè)備仍為單機(jī)控制。因此，需要針對(duì)性地進(jìn)一步完善自動(dòng)化控制方案，構(gòu)建完整的自動(dòng)化控制系統(tǒng)軟件，并配套相應(yīng)的視頻技術(shù)，確保綜采面自動(dòng)化控制的遠(yuǎn)程可視化[1]。

2綜采面自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

2.1總體方案

圖1為綜采面自動(dòng)化控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖。該系統(tǒng)基于覆蓋全礦井的工業(yè)以太網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、無線自組網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建井下信息交互快速通道，確保井下設(shè)備有線及無線方式的快速接入。與此同時(shí)，運(yùn)用Ethernet/IP通訊協(xié)議，將采煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、破碎機(jī)、泵站等各類井下綜采設(shè)備聯(lián)入網(wǎng)絡(luò)，通過順槽監(jiān)控中心進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度。而在順槽監(jiān)控中心內(nèi)布設(shè)高效隔爆工況機(jī)與本安顯示裝置，并通過所設(shè)計(jì)上位機(jī)控制軟件對(duì)綜采面各個(gè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析和智能控制[2]。

2.2支架與采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制分析

伴隨電液控制系統(tǒng)在煤礦井下的不斷普及應(yīng)用和升級(jí)，已基本達(dá)成與采煤機(jī)的跟機(jī)自動(dòng)化作業(yè)。所以，支架的遠(yuǎn)程控制應(yīng)以液壓支架跟隨采煤機(jī)智能動(dòng)作為主，以人工遠(yuǎn)程操控為輔。針對(duì)這一目標(biāo)，需借助順槽監(jiān)控中心內(nèi)配設(shè)的工況機(jī)對(duì)液壓支架使用數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析，進(jìn)而判定其動(dòng)作到位情況，并根據(jù)需要通過遠(yuǎn)程操作平臺(tái)發(fā)送相關(guān)動(dòng)作指令，對(duì)設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行調(diào)控。順槽監(jiān)控中心中還配設(shè)有采煤機(jī)工況機(jī)，通過采煤機(jī)實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)采煤機(jī)運(yùn)行進(jìn)行判定，在需要時(shí)可發(fā)出動(dòng)作調(diào)控指令，經(jīng)由數(shù)據(jù)通訊總線傳輸至采煤機(jī)，達(dá)成對(duì)采煤機(jī)的遠(yuǎn)程調(diào)控。

2.3支架防碰撞技術(shù)

鑒于煤礦井下作業(yè)條件相對(duì)惡劣，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜多變，在回采作業(yè)過程中往往會(huì)伴生大量煤塵，使得回采面能見度較低，容易發(fā)生采煤機(jī)與支架的碰撞事故。針對(duì)此，在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中引入三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)支架碰撞的超前預(yù)警。三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用原理為在回采面液壓支架及采煤機(jī)周圍布設(shè)1圈碰撞包圍圈，用于感應(yīng)彼此距離，同時(shí)在虛擬軟件中對(duì)支架和采煤機(jī)兩設(shè)備三維模型的包圍圈相對(duì)安全距離進(jìn)行設(shè)定，作業(yè)時(shí)通過對(duì)包圍圈兩者相對(duì)距離的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩者是否存在碰撞危險(xiǎn)的判定。其作業(yè)流程示意圖如圖2所示。

2.4回采面找直技術(shù)

綜采面液壓支架在經(jīng)歷自動(dòng)降架、移架和升架作業(yè)后，可能會(huì)導(dǎo)致回采面不再符合三平兩直的相關(guān)要求，同時(shí)考慮到綜采面及兩側(cè)巷道均為狹長形狀，內(nèi)部不僅分布有很多的各類綜采設(shè)備，同時(shí)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(duì)這一難題，在綜采面所有液壓支架的相同位置布設(shè)1盞指示燈，并在回采面端頭布設(shè)攝像儀對(duì)支架方向圖像進(jìn)行抓取，在此基礎(chǔ)上再借助圖像處理算法對(duì)各支架指示燈進(jìn)行檢測(cè)，從而判定所有指示燈是否處于同一直線，并對(duì)偏離直線的指示燈位置進(jìn)行確定，從而計(jì)算出作業(yè)面支架所需推移的實(shí)際距離，實(shí)現(xiàn)回采面支架的自動(dòng)找直。自動(dòng)找直后綜采面布設(shè)見圖3。

2.5視頻拼接技術(shù)分析

伴隨光學(xué)檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，井下專用礦井?dāng)z像儀的成像質(zhì)量不斷提升，這為順槽監(jiān)控中心遠(yuǎn)程控制設(shè)備更高質(zhì)量的作業(yè)提供了更加有力的技術(shù)保障。不過由于單個(gè)攝像裝置所能檢測(cè)范圍相對(duì)有限，簡(jiǎn)單地通過多個(gè)窗口進(jìn)行同步顯示，不僅觀測(cè)效果不夠直接且容易造成作業(yè)人員的視覺疲勞。針對(duì)這一問題研發(fā)視頻拼接技術(shù)，并應(yīng)用于井下視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，從而確保監(jiān)測(cè)終端可對(duì)全綜采面進(jìn)行直接觀測(cè)，從而為遠(yuǎn)程干預(yù)操作提供直接參考。多路視頻的實(shí)時(shí)拼接系統(tǒng)運(yùn)行流程示意圖如圖4所示，首先通過攝像裝置獲得多個(gè)待拼接的圖像，并通過廣角畸變進(jìn)行校正；然后針對(duì)相鄰圖像進(jìn)行特征點(diǎn)檢測(cè)和匹配，所得結(jié)果開展坐標(biāo)轉(zhuǎn)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(tǒng)實(shí)現(xiàn)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(yè)人員對(duì)支架作業(yè)狀態(tài)進(jìn)行更加直觀的觀測(cè)，對(duì)于更好地保障井下作業(yè)安全性效果顯著。

3應(yīng)用效果分析

A礦3102綜采面處于井下二采區(qū)，作業(yè)面走向長度250m，推進(jìn)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(shè)計(jì)采高3.9m。通過在該綜采面應(yīng)用所設(shè)計(jì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，在確保井下生產(chǎn)作業(yè)有效開展的同時(shí)大幅減少了作業(yè)面人員數(shù)量，礦井綜合效益顯著提升。

4結(jié)語

綜采作業(yè)自動(dòng)智能化發(fā)展是現(xiàn)代化礦井發(fā)展的必然趨勢(shì)之一。礦井管理者必須高度重視相關(guān)問題，在生產(chǎn)中組織專業(yè)人員開展積極研究，通過綜合運(yùn)用多種新型現(xiàn)代化技能，構(gòu)建有效的綜采自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)綜采設(shè)備的集中遠(yuǎn)程監(jiān)視和操控，確保回采作業(yè)效率的同時(shí)減少回采面人員數(shù)量，實(shí)現(xiàn)礦井綜合效益的提升。

參考文獻(xiàn)：

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

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

作者：張彥明 單位：陽泉煤業(yè)集團(tuán)興峪煤業(yè)有限公司