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摘要:綜采工作面智能化是煤礦領域未來發展的大趨勢，能顯著提升煤礦開采質量和效率。文章在簡要介紹某煤礦綜采工作面基本情況的基礎上，設計研究了智能化管理系統的整體方案。該方案的網絡框架分為3個層級，對高清視頻監控、采煤機和液壓支架的遠程控制、設備聯動停機等關鍵技術進行了詳細介紹。工作面智能化管理系統應用到煤礦開采工程實踐中，經測試發現其運行過程穩定可靠，顯著提升了礦井的智能化水平，為企業創造了良好的社會效益和經濟效益。

關鍵詞:煤礦;工作面;智能化;管理系統

隨著科學技術水平的不斷發展，智能化技術在很多領域中都得到了應用，包括煤礦開采行業［1］。雖然通過建設綜采工作面智能化管理系統能顯著提升煤礦運行的效率和質量［2］，但是智能化技術在綜采工作面中的實踐應用時間相對較短，在實際運行中仍然存在一些問題，有待完善［3－4］。煤礦中使用的設備在工作時容易受到外界環境的影響或者干擾，給工作面智能化管理與控制帶來了一定難度。為了促進綜采工作面智能化技術的應用與發展，很多學者開展了相關研究，部分煤礦企業在實踐中也進行了有益的探索，結合煤礦自身情況建立了智能化工作面，取得了很多成果［5－6］。文章在分析某煤礦實際需求的基礎上，設計研究了工作面智能化管理系統，將其應用到煤礦開采實踐后，取得了很好的效果。

1煤礦綜采工作面概況

某煤礦企業正在開采的8號煤層，厚度為2．1～8．1m，平均4．76m。煤層的傾角為3～9°，平均5°左右。采煤機采高以及放頂煤高度分別為3m和2．75m。煤礦綜采工作面使用的采煤設備及其他配套設備數量和種類很多，主要包括采煤機、液壓支架、刮板輸送機、轉載機、破碎機、膠帶輸送機、水泵等。在以往的實踐中，對這些設備的控制比較分散，導致設備的管理、控制質量與效率都偏低，工人的勞動強度大、采煤效率低，在一定程度上制約了煤礦企業的發展。基于此，礦井擬采用先進的智能化技術對工作面中使用的設備以及整個生產過程進行管理。

2智能化管理系統整體方案設計

在深入分析煤礦綜采工作面實際情況的基礎上，對智能化管理系統進行了詳細的設計，整體方案見圖1。從圖1可以看出，整個智能化管理系統網絡可以劃分成為3個層級，分別為礦井工作面采煤設備層、單個設備控制系統層、計算機智能化集中控制層。采煤設備除了常見的采煤機、刮板輸送機之外，還包括生產輔助設備，包括水泵、通風機等。為了更好地實現智能化管理控制，在一些重要的采煤設備比如液壓支架、采煤機上安裝高清攝像頭。每種采煤設備或裝置都有相應設備控制系統，對設備運行過程中的功率、電壓、電流、溫度等參數進行采集，并進行分析與控制。計算機智能化集中控制層主要包括交換機、計算機服務器等硬件設施，主要是對井下各設備控制系統傳輸上來的數據信息進行綜合分析與評判，可以實現井下所有采煤設備及其他輔助裝置的集中控制，以達到設備之間相互聯動的效果。考慮到不同采煤設備之間的距離相對較遠，最大距離超過了2km，這對數據信息的傳輸速度提出了相對較高的要求。該管理系統基于TCP/IP技術實現數據信息的輸送，可以將傳輸延時控制在0．5s以內。另外，計算機服務器需要對多個控制系統進行綜合控制，對其運算速度和性能也提出了一定的要求。結合礦井實際情況，選用西門子公司研制生產的S7－1200型PLC控制器。

3智能化管理系統關鍵技術

3．1高清視頻監控技術

根據智能化管理系統設計需求，需要在綜采工作面中布置一系列的高清攝像頭對井下部分重要環節進行全覆蓋監控，采集礦井下的視頻信息，利用工業以太網將數據信息傳輸到位于地面的監控中心。畫面可以實時呈現在監控屏幕上，對應的數據信息也會存儲到數據服務器中，以便調取，達到工作面可視化的效果。該案例中使用的都是云臺攝像儀。此類設備不僅具備良好的防爆性能，還可實現角度切換，水平方向上可以旋轉180°，垂直方向上可以旋轉75°。基于先進的軟件技術，攝像頭可以跟隨設備一起移動，實時監控采煤機滾筒截割煤壁以及液壓支架移動等過程，達到智能化監控與管理的目的。

3．2液壓支架電液控制技術

先進的智能化電液控制技術，主要是在液壓支架中布置大量的傳感器，對設備運行狀態信息實時監測，對液壓支架的移架動作、移架順序、初撐力大小設置等相關過程進行管理與控制。液壓支架工作時產生的數據信息會傳輸到計算機服務器中進行分析和儲存。該系統本身具備有故障診斷功能，一旦液壓支架存在安全隱患或發生故障，系統可以快速確定故障位置及類型，發出聲音警報。如果故障存在比較大的安全隱患，系統則會緊急閉鎖，停止設備運行。智能化管理系統不但可以對某個液壓支架進行自動控制，也可對所有的液壓支架進行聯動控制，同時又可實現手動控制。圖2為液壓支架電液控制技術原理。

3．3采煤機的智能化控制技術

在采煤機設備上，安裝定位傳感器和采高傳感器等檢測裝置，可以對采煤機的位置及工作狀態進行實時檢測，再結合采煤機設備本身的記憶切割功能，可以實現對采煤機的智能化管理控制。8號工作面使用的采煤機，前滾筒和后滾筒分別對工作面頂煤和底煤進行切割開采，設備具有22象限記憶切割功能，運行過程中產生的軌跡信息、割煤時間以及刀數等都會傳輸到計算機服務器中進行管理和監管，位于地面的監控中心可以對采煤機進行遠程控制，特殊情況下可以通過人工的方式進行控制。

3．4裝備順序停機控制技術

當綜采工作面停止開采工作時，要求智能化管理系統可以根據設備的實際運行狀態按照一定的順序停機，以達到保護采煤設備和井下供電網絡的目的。設計的裝備順序停機控制技術，主要是對各裝備的空載作業電流進行檢測分析并判斷。一旦智能化管理系統啟動順序停機程序，通常需要首先對采煤機進行停機處理，確保在源頭上沒有煤礦物料產生，再對刮板輸送機的運行電流進行檢測，直到判斷刮板輸送機上無載荷為止，然后依次對轉載機、破碎機、膠帶輸送機等設備的運行電流進行檢測，直到達到空載電流標準時才停止運行。如果采煤設備能夠按照一定的順序停機，不僅可以起到保護設備的作用，還可以在一定程度上減少能源消耗。

作者:趙杰偉 單位:山西煤炭運銷集團蒲縣昊興塬煤業有限公司