9201材料道综掘机远程视频控制系统改造

李培之

一、创新原因

根据国家安全监督管理局、国家煤矿安监局印发的《煤矿安全生产“十三五”规划》要求：实现煤矿机械化信息化升级改造，建设一批掘锚一体化工作面，加快煤矿机械化改造，鼓励无人值守和远程控制。张双楼煤矿2020年全面推广使用综掘机远程视频控制系统。对9201材料道EBZ-200综掘机进行改造增加远程视频控制系统。利用全方位的先进传感探测技术，把操作工位撤离到远离危险的安全区域，有利于防范人身事故，有利于提高生产效率。

二、技术创新点

（一）工作环境清晰可视化。为了在远程操作时能够看清现场情况，系统采用了6台先进的视频摄像设备，在掘进机两边及尾部装置超高清摄像仪，用于操作人员观察掘进机四周环境，防止有突然闯入人员或设备偏离故障发生;由于在掘进工作面位置具有极高的粉尘和水雾存在，普通高清摄像仪无法清晰看清掘进断面和截割部位置，所以在掘进工作面迎头方向同时配置有超高清摄像仪和长波段感知雷达摄像仪，通过该组合摄像仪，可以清晰观察到掘进工作面迎头断面以及截割部的工作状态;现场清晰可视化为综掘机远程遥控系统的实现提供了必要的保障。

（二）控制系统电气化。目前掘进机大多采用手动液压控制方式实现设备操作，对设备的无人化操作、自动化改造造成严重制约。本系统通过更换掘进机上原有的手动液压系统，升级为可以手动、电动两用的液压系统，为掘进机的远程操作和自动控制的实现提供了方便。

（三）多渠道传输方式。系统由于作业操作人员的远撤，操作工位远离掘进工作面，现场的视频、设备参数、环境参数可以通过光缆、局域网络、无线等多种方式传输数据和控制命令，方便掘进工作面的施工。

（四）高稳定、高可靠的操控系统。系统中的数据传输均采用闭环控制方式，传输方式为双7向。通过数据传输协议中的握手信号，判断发出指令的执行可靠性，当发生故障时，系统自动停止执行动作并发出故障报警，避免发生设备损坏和严重危害矿井安全的重大事故。

二、创新项目的优点

（一）电液控制系统。液压控制系统包含控制箱、电动液压阀。控制箱内部设置一套完整的液压控制系统和一套电气控制系统，该液压控制系统独立于掘进机有两种控制模式（远程电控/本地电控）通过远程电控实现异地操控，本地电控用于自检调试。将控制箱安装在EBZ系列掘进机的驾驶员座位下边的空间内。同时将控制箱内的开关量控制信号对应接入原掘进机控制电路，实现两地同步控制通过切换按键实现掘进机原本机操控/无线遥控/远程电控三种模式的操控，三种操纵模式互不干扰。

（二）视频监控系统 。为了能在远程控制时清晰地监控到掘进工作面及掘进机的整体状况，系统设置若干台摄像机。其中在掘进机前端设置1台专业透尘摄像机和1台高清摄像机，用于在粉尘水雾环境下观测掘进机切割头及掘进工作面的状态。在掘进机本体部分前端两侧各设置一个高清摄像机，用于全方位观察铲板及铲板上两个星轮的运作情况。在掘进机本体上方设置一个高清摄像机，用于全方位观察刮板机的运作情况。在掘进机尾部一个高清摄像机，用于全方位观察掘进机两侧周边的状况，以便倒车时确认掘进机和巷道壁两侧的距离，及掘进机和运输皮带机之间的距离。考虑到现场工作环境恶劣，摄像机除本身的防爆护罩外，均加装抗冲击避震护罩。

（三）数据采集系统。为了能够远程操作时了解掘进机压力参数，在多路阀上的加装两个压力传感器，和原压力表并联安装。

（四）数据传输系统。远程操作端和掘进机控制箱之间通过光端机以及光缆传输数据和操控信号，光缆顺沿掘进机的主电缆方向布线，最远传输距离300米。

（五）无线遥控系统。系统的无线遥控端采用2.4G无线信号，具有传输稳定、抗干扰能力强的特点。同时遥控器装置内部采用MCU，结合软件算法，对控制信号进行实时编解码和故障分析。软件系统通过分析掘进机操纵流程，对相关动作进行优化，对操作动作的优先级进行排队，屏蔽错误操作动作，防止误操作。无线遥控装置无线信号稳定、操作可靠，适合掘进机的人机分离操作。

无线遥控装置小巧，结构紧凑，内部采用本质安全型可充电电池供电，能够满足20小时左右正常供电。

（六）远程操作系统。远程操作端为本安装置。该操作端设置一套和掘进机操作手柄完全一致的操纵杆，用于在远端直接操作;远程操作端同时设置了距离显示装置，直观显示掘进机在运行过程中的距离方位。同时掘进机液压压力表也通过电传数显在远端操作端上显示。为了直观显示掘进机运行过程中的全方位视频图像，设置两台防爆液晶显示器。操作人员可以在远端直接观察现场全方位图像。

三、主要设备技术参数

（一）KXJ127矿用隔爆兼本安型控制箱。KXJ127矿用隔爆兼本安型控制箱是与遥控器配合使用。当操作遥控器时，对应的端子输出DC24V电压，控制电磁阀动作。同时能接入2路0-5V电压型压力传感器，将压力数据反馈给遥控器。

（二）FYF10矿用本安型遥控器。FYF10矿用本安型遥控器是一种给煤矿井下配套矿用隔爆兼本安型液压装置控制箱使用的设备。通过无线遥控矿用隔爆兼本安型液压装置控制箱，达到远程控制防爆线圈的功能。

（三）手自一体化矿用防爆多路电磁液压换向阀组件。手自一体化矿用防爆多路电磁液压换向阀组件由DTMZ1-12FYC矿用浇封型阀用电磁铁及手自一体化矿用液压换向阀组成。用于工程机械电液控制，控制液压油缸或马达的运动方向和速度。它具有电控、液控和手动操作等功能，可实现无级调速，且不受负载变化影响。负载敏感特性可使多路执行元件同时并相互独立地以不同的速度和压力工作，直至达到泵源的最大流量为止。

（四）矿用隔爆型监视器。JBY127矿用隔爆型监视器是一种大屏幕显示的隔爆型监视器，由于内部采用了22寸彩色液晶显示器，为井下多画面大屏显示及井下视频会议系统提供了必要的技术支持。

（五）矿用本安型摄像机（透尘）。KBA12矿用本安型摄像仪是一种煤矿井下防爆监控系统作为图像采集用的防爆终端设备。具有低照度，高清晰，功耗低的特点。摄像仪具有无线信号输出、视频信号输出和视频光信号输出，三种传输方式。用于有瓦斯、煤尘爆炸危险的矿井。通过自带的辅助照明在下全黑无光的恶劣环境下，可以获得清晰的视觉图像。

（六）矿用隔爆型光端机。KTG127矿用隔爆型光端机能够把其他视频信号采集设备传来的图像信号加以处理，ST单模光信号方式输入转化到全电视视频信号输出到到监视器清晰地显示出来。

四、安全创效

煤礦井下掘进工作面尚存在着以下问题：1、煤岩粉尘不能完全清除;2、瓦斯管理还不能做到百分百安全可靠;3、落岩管理不能及时有效支护;由于上述原因掘进机的使用受到了各种限制，有时只能被迫采用炮掘。而炮掘效率低、用人多、劳动强度大。并且随着我矿开采深度的延伸，冲击地压风险不断增大。对人员在掘进工作面时的安全隐患始终存在。安全对于生产管理来说永远是第一位的，减少和避免人员伤亡事故发生最有效的办法就是生产第一线减员甚至做到无人值守。当操作人员远撤到远端进风口的安全位置后，即可避免和粉尘直接接触。即使发生瓦斯突出、冒顶、粉尘超标等突发事故时，操作人员可以具备充裕的时间逃生，避免伤亡事故。远程操控的特点是迎头工作无人化，利用高度机械化自动化设备取代人力劳动节省开拓成本。在改造前迎头需正、副司机、看移动机尾共4人，改造后只需1人在300米外设警戒，在提高安全性的同时节省了人工开支成本。