无人工作面的采煤机智能控制技术

贺新星

[摘    要]无人采煤工作面系统是煤炭综采成套装备的重要组成部分，由于煤矿综采工作面在煤矿生产过程中涉及的设备较多，而且工作环境恶劣，是一种工作复杂的操作系统。无人工作面的采煤机作业，利用先进技术全程智能化操控，提升采煤安全率的同时，节约了劳动成本，是一种先进高效的回采技术。在采煤过程中矿井通信十分重要，矿井下的各类指标数据、实际情况等都要进行井上井下的双向输出。文章针对无人工作面的采煤机智能控制的关键技术展开讨论，具体分析采煤机智能控制技术在无人工作面的相关应用，以供参考。

[关键词]无人工作面;智能采煤;关键技术

[中图分类号]TD632.1 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）07–00–02

Research on Intelligent Control Technology of Shearer in Unmanned Face

He Xin-xing

[Abstract]Coal is a non-renewable resource， and coal reserves are drastically reduced. For some areas with thin coal seams or coal areas where manual mining is difficult， it is necessary to use coal mining machines with unmanned working faces. The unmanned coal mining face system is an important part of the complete set of coal mining equipment. Because the coal mining face involves more equipment in the coal production process and the working environment is harsh， it is a complex operating system. Therefore， the intelligent control system for fully mechanized coal mining face has always been a hot topic that people have studied vigorously. The operation of the coal shearer on the unmanned working face uses advanced technology to intelligently control the whole process， which improves the safety rate of coal mining while saving labor costs. It is an advanced and efficient mining technology. Mine communication is very important in the process of coal mining. All kinds of index data and actual conditions in the mine must be output in both directions. The article mainly discusses the key technology of the intelligent control of the shearer in the unmanned face， and specifically analyzes the relevant application of the intelligent control technology of the shearer in the unmanned face for reference.

[Keywords]unmanned working face; intelligent coal mining; key technology

1 无人工作面实时控制系统的关键技术

1.1 采煤机自动定位技术

一般来说，采煤机是一种高集成度的、井下综采无人工作面割煤、装煤的主导设备。采煤机主要沿着刮板输送机轨道往复式割煤，液压支架配合相关的支护工作。为了實现综采工作面远程自动控制，必须精准定位采煤机的动态位置。因此，采煤机自动定位技术是实现煤矿生产设备自动化的关键技术。由于煤矿综采工作面的工况极为复杂且空间封闭，所以，采煤机定位定姿方法也有很多。其中红外定位法是由采煤机上的红外发射装置发出信号，再由液压支架上的接收装置接收相关的信号，但红外信号极易受粉尘影响，存在一定的定位盲区，因此有一定的使用局限^[1]。

1.2 井上井下双向通信技术

在煤矿生产中，需要一些控制井下采煤机采集信息的相关设备，通过相关的控制设备发送指令信息到井下采煤机。在通信过程中，根据不同的技术、环境所需的不同介质，部署相关的通信网络。由于各个煤矿的环境不同，井上井下的距离也存在一定的差异，所需要的电缆、中继器等基础设施的成本非常高。常见的井上井下技术有：CAN总线、光纤以太网等，其中音频调制解调技术是利用双绞线传输，达到拨号上网的目的。由于该方案在通信过程中只传输音频信号，所以在采集井下数据时，该线路始终处于占线状态，若在该线路上挂接电话机时，该电话机无法正常通话，因此采取这类技术都应单独铺设一条专用的双绞线通信电缆，这无疑是在增加成本。无人工作面的采煤机智能控制技术提供了一种矿用井上井下无需铺设专用线路的通信方法。

该方法主要是将采煤机上行信号的波特率调节到满足实际远距离传输所需要的波特率范围，并将调节后的上行煤机信号调制为相关的高频模拟信号，然后将该高频模拟信号通过相关的线缆传送到井上;进一步解调收到的高频模拟信号，进而将得到的上行煤机信号发送到相关的控制设备;对应的下行煤机信号也可以由控制设备发送高频模拟信号，通过电话线传到井下，经过调解得到下行煤机信号，使得到的下行煤机信号波特率调节到所需范围之内，然后再传送到特定煤机。这样就可以利用煤矿现有的电话网络达到井上井下通信效果，不用再另设通信线路，有利于节省系统成本，如图1所示。

1.3 无人工作面数据库技术

信息时代，数据库在各个领域都起着至关重要的作用，很多工作都围绕海量有效数据信息才能得到进一步开展。因此创建无人工作面相关的数据库十分必要。因为它可以直观地反应当前的生产情况，而且还能为可视化技术提供有力数据支持，使工作面的信息查询、分析等方面工作更加便捷。此外，无人工作面数据库技术涉及了庞大的数据信息，通过这些数据能生成更多有用的信息资源，能有效攻克3D动态维护以及相关的拓扑描述等亟待解决的问题。

1.4 工作面视频监控技术

无人工作面的可视化无线监控系统主要针对工作面粉尘较大、照明差以及设备动作复杂等特点，提供最佳解决方案。根据视频监控系统传送的相关图像，相关工作人员可以根据煤层变化情况、支架状态等信息，远程操控采煤机，能有效避免煤层变化时采煤机切割到岩石或发生故障等情况。工作面视频图像监控系统能够将视频数据有效传到相关的集控平台，使图像自动同步采煤机移动，确保采煤机运行方位所对应视频图像可以随机切换，实现对采煤机运行状态全程监控，为工作面设备的安全运行提供保障。

1.5 液压支架自动跟机技术

该技术是将采煤机的自动记忆截割技术与自动追机拉架以及实时视频跟踪当作一个整体的控制方法。智能综采工作面集控平台能根据不同的采煤工艺，设置不同的工作模式，有效实现支架、采煤机等相关设备协调控制。根据定位与相关的导航技术对采煤机进行有效控制，而且支架电液控制技术以及采煤机自动截割技术都有独立的控制系统。可以通过相关的程序软件实现综采设备整体与全部工作流程的自动控制。也可以采用视频跟踪技术，远程自动控制可视化工作面的相关设备^[2]。

通过采煤机智能化的协调控制，确保设备之间能够均衡作业，可以调节采煤机的运行速度以及截割高度，使工作面整体系统工作达到最优状态。在工作面运输系统与采煤机等设备的负荷能够自动调节，当刮板输送机超载时，采煤机能够根据运输系统的负荷情况，自动调整采煤机的牵引速度，使采煤机的生产能力可控。

1.6 远程控制技术

综采无人工作面的地质条件十分恶劣，而且采煤机在不同位置，对应的采高位置也在发生变化。顶板岩层变化，牵引速度也会因为负荷而改变，所以在进行远程操作时，采煤机应根据初始记忆数据进行割煤，而工作面情况与相关的记忆数据不一致时，则应手动调整。这时，视频图像必须足够清晰，毕竟综采工作面工况特别复杂，传感器检测不到的地方，可采用摄像机观察工作面的具体情况。摄像机配合传感器，是操作员实现远程操作的重要依据，因此，可视化与记忆截割有机结合，能够真正实现远程控制。煤尘会影响视频图像的清晰度，所以应采用气体防尘的前端摄像机，利用无线传输技术，配合相关软件实现采煤机可视化的远程操控^[3]。

2 采煤机智能控制技术在无人工作面的应用

2.1 采煤机的位置检测

无人工作面采煤机的位置主要是通过光栅位移检测系统实现的。光电元件将主光栅与指标光栅形成的相关信号转变为电压信号，然后利用传感器处理获取的信息精准检测采煤机的位置，该类光栅位移检测系统的远程数据通信主要采用抗干扰能力强的CAN总线技术，从而达到无人工作面采煤机的控制效果。

2.2 记忆割煤自动调高

采煤机司机先手动操作采煤机沿煤层割一刀，再由主控器记录第一次割煤信息（如采煤机位置、牵引方向以及采煤机横向纵向倾角等），这些信息存入计算机之后，后续采煤过程中，采煤机的截割行程就可以根据存储的相关信息对采煤机自动调高，若遇到断层时，可以通过监控室的视频监测，做好相应的调整，与此同时计算机会自动保存相关的调整参数，成为下一刀调高的有效依据^[4]。

2.3 实时监控采煤机运行状态

为了确保采煤机的可靠性以及生产质量，必须实时监控采煤机的运行状态，以便于及时诊断故障。监控过程中应根据工作面的具体情况实时调整采煤机，使其处于最佳运行状态。有利于提高其开机率，一定程度上减化了井下工作人员的工作量。采煤机的关键参数具有一定的可操作性，能充分检测采煤机的实时动态，打破了传统模式的局限性。该方法不仅能检测瓦斯浓度、工作面位置等参数，还能检测截割部位与牵引部分的电机电流等相关的内部参数，而且检测结果十分精准^[5]。

3 无人工作面的采煤机智能控制技术相关建议

根据采煤工艺，设置相关的控制流程，使相关设备能够按照既定的流程运行;采集刮板机、转载机等设备的温度信号及相关的流水量、压力值等，设定相关的温度预警值，当温度超过停机参数时，能够及时停止设备;设定拉架移动范围，采集支架的推移油缸行程，根据该行程判定支架是否存在拉架滞后等情况，使采煤机位置与支架保持在设定范围。通过采集电液控制系统支架顶板的倾角，调节顶板支护，避免支“翘架”情况，出现异常应及时报警^[6]。

建立有线/无线通信网络，通过视频监控系统，可视化监视传感器无法检测的设备状态，确保整个工作面可视化管理。利用采集的相关设备数据，进行远程操控，通过采集煤机电流或速度，调节不同位置的牵引速度控制采煤量;定位支架間的工作人员，实时为监控操作人员提供远程操控信息，避免发生安全隐患。

4 结束语

煤矿开采作业具有一定的特殊性，对于无人工作面的采煤机智能控制来说，涉及面较广，而且相关的开采程序十分复杂，为了提高生产效率，必须从多个角度分析，了解各个关键技术的开采效果。成功应用采煤机智能控制技术，有利于提高综采设备自动化控制水平，真正实现高效无人化开采。无人工作面的采煤机智能控制技术，虽然对安全生产、减轻工作量等方面有着非凡的意义，但该技术对煤层地质条件有较高的要求，需要进一步研究更多的新技术，以便于提升工作面设备的智能化控制水平。

参考文献

[1] 王慧君.无人工作面的采煤机智能控制关键技术分析[J].当代化工研究，2020（5）：40-41.

[2] 柴旺.滚筒采煤机自动化与智能化控制技术发展及应用[J].当代化工研究，2020（8）：62-63.

[3] 陈甲君.滚筒采煤机智能化控制系统的设计[J].机械管理开发，2020（2）：165-166，202.

[4] 杨洁.智能控制技术在煤矿机电设备中的应用——评《煤矿井下智能设备电气控制实用技术》[J].矿业研究与开发，2020（1）：168-168.

[5] 柴旺.滚筒采煤机自动化与智能化控制技术发展及应用[J].化工中间体，2020（8）：57-58.

[6] 牛剑峰.受汽车无人驾驶启发的液压支架智能协同控制[J].工矿自动化，2020，46（5）：54-56，75.