高精度传感器在煤矿智能综采工作面的应用

曹哲哲

(陕西陕煤黄陵二号煤矿有限公司，陕西 黄陵 727307)

0 引言

在新兴智能技术和传统工业融合的新趋势下，各个行业正迎来新时期的产业优化时期。其中以模拟人工智能技术与传统成套装备的融合实现产业转型升级正成为越来越重要的发展趋势。高精度传感器已广泛应用于我国工业的各个领域中。例如，在工业生产中，利用传统的传感器无法对某些产品质量指标(例如，黏度、硬度、表面光洁度、成分、颜色及味道等)进行快速直接测量并在线控制；而利用高精度传感器可直接测量控制与产品质量指标有函数关系的生产过程中的某些量(如温度、压力、流量等)；高精度传感器使煤矿设备具有类似人的五官和大脑功能，可感知各种现象，完成各种动作。煤矿开采产业由于自然环境因素的影响，对智能技术与传统设备融合的新产品的需求尤为迫切，因此，发展以实现少人化、智能化开采为目标的智能装备对我国煤炭开采产业的发展具有重要意义。

1 高精度传感器对煤矿机电设备的重要性

在煤矿生产机械化的基础上，智能传感器的应用为煤矿智能化发展提供可靠依据：液压支架的智能控制、采煤机的智能控制、工作面刮板运输机和转载机的在线监测和胶带运输机的智能控制等设备的智能化控制需要依靠传感器进行控制监测，因此传感器的智能化、重复精度、可靠性、防爆性能都对传感器使用提出了更高要求，有效地解决这一难题，才能为矿井机电设备智能化的发展提供可靠的保证。

2 高精度传感器在煤矿机电设备中的应用

2.1 高精度传感器在采煤机中的应用

采煤机的智能化使用在一定程度上代表了煤矿设备向现代化、机械化、智能化发展的里程碑。由于采煤机的使用环境比较恶劣，所以采煤机是一个机械和电气融合复杂的系统，因此提高采煤机的各项监控功能便显得尤其重要。采煤机在采煤工作中占据着主力位置，只要一发生故障就会导致整个采煤环节受到严重的影响，使采煤工作难以进行下去，对整个煤矿造成不小损失。因此采煤机的监测显得尤为重要，可以避免和预防故障的发生，实现采煤机智能控制。采煤机具有位置监测精确定位、自学习智能轨迹规划、基于智能决策的滚筒自动调高、自动记忆割煤、防碰撞安全避险、故障自诊断等功能，并具有基于产量需求、输送机设备负荷、工作面环境等信息的智能决策调速、采高自动控制、远程可视化控制等功能的实现都需要通过高精度传感器来实现。随着传感器在采煤机上的应用，采煤机的记忆截割等智能控制也得以实现，传感器主要采集采煤机的以下数据：①各工作电机运行电流、温度；②摇臂轴温、牵引箱轴温、泵箱温度；③液压系统压力、泵箱油位；④水路压力、冷却水流量；⑤滚筒高度及卧底量的实时显示；⑥检测并显示采煤机的行走速度和定位采煤机位置；⑦实时检测采煤机的俯、仰采角度及采煤机行走方向的工作面倾角。

通过这些数据的采集，为采煤机的远程控制和智能控制提供了可靠依据，形成的控制界面如图1所示。煤矿企业大胆尝试，勇于创新，将采煤机行走编码器、高度传感器等高精度传感器运用到了采煤机的工作中，这一举措不仅将采煤机的科技含量进一步提高，同时还减少了采煤机的损坏，有效地实时监控采煤机的状态，延长了采煤机寿命。

图1 采煤机控制界面

2.2 高精度传感器在液压支架中的应用

支架由安设在胶带巷的乳化液泵站供液。当压力乳化液通过控制系统进入立柱后，支架就升起初撑顶板，随着顶板下沉，支架对顶板的支撑阻力增高，由安全阀来限定立柱内闭锁液体的压力，实现恒阻支撑。移架时先降缩立柱，使支架卸载和脱离顶板，然后动作推移千斤顶，以输送机(或相邻支架等)为支点实现移架，再以支撑的支架为支点推移输送机。支架还可通过各种千斤顶实现护帮、平衡、调架等各种不同的辅助动作，从而配合采煤机和刮板输送机实现工作面落煤、支护和运输的综合机械化。

图2 液压支架传感器分布图

支架电液控制系统是整个智能化综采工作面的主要装备之一，支架控制系统的依据就是通过高精度传感器来监测支架的高度、推移行程、护帮行程和压力、大柱压力、支架的姿态等数据，如图2所示。通过支架立柱压力传感器和护帮板压力传感器的数据进行压力分析，如果出现连续多架压力严重超高的情况，则控制器发出声光报警，同时在集控主机上也有报警显示。在发出报警信号的同时，控制器控制向外打开护帮(或千斤顶补压)，使护帮能够更好的护住煤壁，防止工作面大面积片帮。通过在支架上安装的倾角传感器和测高传感器，实时监测支架高度、支架所在工作面的俯仰情况以及支架是否左右倾斜、顶板与底座是否存在扭曲角度、支架是否处于理想支护状态等。并根据预先设定的角度值进行报警，以通知工作人员注意和及时处理，如图3、图4所示。通过这些传感器可以实现液压支架各种动作的电动控制，支架信息的采集和上传；可配合采煤机、刮板输送机完成全工作面的自动跟机拉架作业和自动成组推溜作业，自动完成整套采煤工艺流程，实现了综采工作面的少人化，能有效提高工作面的推进速度，降低工人劳动强度，提高工作面的安全水平，实现工作面高产高效生产。

图3 液压支架压力柱状图

图4 支架运行数据表

2.3 高精度传感器在胶带运输机上的应用

胶带运输机是所有煤矿使用的一个必需设备，胶带运输机在煤矿中主要用于运输原煤，因为胶带运输机具有传送作用，煤矿企业的生产能力跟运输机的运输能力成正比关系，因此大型煤矿企业都是用功率较高的胶带运输机。黄陵二号煤矿使用的皮带是可控传输启动装置(CST)，该装置可通过PLC电控系统调节启动时间、速度，进而达到平稳启动，由于电机功率较大，启动瞬间的电流比较大，电流过大不仅会造成胶带运输机系统内部温度过高，损坏设备，还会冲击电网。对矿井的生产产生影响，还缩短了设备的使用寿命，因此通过传感器实时显示胶带运输机的运行状态，对胶带运输机电机的温度、油温进行实时监测，同时对胶带机运行状态如跑偏、打滑、堆煤、撕裂、断带进行实时监测，这些都离不开传感器。通过监测为胶带运输机的安全运行提供可靠保障，为矿井的正常生产提供了可靠的保证。

2.4 在综采面“三机”上的应用

综采工作面“三机”的是综采工作面运输的核心，通过刮板运输机将采煤机割下来的煤从工作面运输到胶带巷转载机上，再由破碎机将大块煤破碎由转载机运输到胶带运输机上，完成了整个综采工作面的运输。可以说“三机”是采煤机与胶带运输机的连接点，“三机”的正常运行直接影响着矿井的正常生产，因此确保“三机”的正产运行至关重要。黄陵二号煤矿“三机”使用的是宁夏天地奔牛实业集团有限公司生产的型号为SGZ1200/2565刮板输送机、型号为SZZ1300/525转载机和型号为PLM4500破碎机，为了使“三机”设备安全高效运行，通过安装高精度传感器对刮板输送机、转载机和破碎机的减速器输入、输出轴的轴承温度、润滑油油温、油位，电动机的轴伸端轴承温度、定子绕组温度及各个传动部冷却水回路的温度、流量、压力等关键运行参数进行在线监测，通过主站的通信模块可以把设备监测的数据采用Modbus RTU RS485 Slave通信协议，上传到井下环网直至地面调度中心的监控主机。通过安装矿用本安型温度传感器、矿用本安型压力传感器、矿用本安型流量传感器、矿用本安型压力温度集成一体传感器来实现数据的在线采集，通过在线监测系统可以对设备进行实时监测，及时发现设备在运行过程中出现的问题，为矿井的安全生产提供了保障。

3 结语

通过高精度传感器在智能化综采工作面的应用，为矿井智能化发展提供了可靠保证，通过传感器来监测各个设备的实时动态，为远程操作和智能控制提供了参考，对矿井机械化向智能化发展作出了贡献。