武甲矿综采工作面智能化升级研究

2023-04-25吕泽波

现代工业经济和信息化 2023年10期

吕泽波

（山西阳城阳泰集团晶鑫煤业股份有限公司，山西晋城 048105）

0 引言

随着科学技术的不断发展，煤矿井下开采技术取得了很大的进步，为了在安全生产的基础上提高经济效益，越来越多的矿井开始引进智能化开采技术[1-3]。武甲矿目前采用综合机械化长壁开采工艺回采3 号煤层，现有的开采技术装智能化水平较低，已无法满足矿井绿色、安全、高效开采要求。为进一步提高开采效率，本文对武甲矿综采工作面智能化升级进行了研究，为后期智能化工作面实施和应用提供参考。

1 总体升级思路

武甲矿综采工作面设备多为新进设备，本文分别对采煤机、刮板输送机、液压支架、顺槽集中控制系统、泵站系统、地面分控中心系统和语音通讯控制系统等进行改造升级，智能化控制系统升级后将实现工作面成套装备集中控制与远程地面控制、现场工况实施监测、综采设备的数据集成、处理、故障自诊断和主动预警等功能，实现工作面安全、高效、智能化开采。

2 综采装备智能化升级

2.1 采煤机智能化升级

采煤机是综合采煤成套装备的主要设备之一，是从截煤机发展演变而来，是一个集机械、电气和液压为一体的大型复杂系统，是实现煤矿生产机械化和现代化的重要设备之一。目前，采煤机智能化技术通过智能感知和人工远程实时干预，实现“初级智能+远程干预运行”，改造后的控制系统按照现有的中大机型采煤机系统架构进行搭建，需要在原有系统的基础上，将原有的主控箱替换为自动化主控箱，并将原有的检测箱替换为自动化检测箱。此外，增加行走编码器、摇臂动静态双模倾角传感器、油缸磁滞位移传感器、机身倾角传感器、CAN 转以太网模块、工业以太网光纤交换机和带显示屏的遥控器等器件，升级后的采煤机可实现姿态感知、交互通信、记忆截割和设备状态检测等功能。

1）姿态感知。采煤机截割高度感知通过安装在左右摇臂上的动静态双模倾角传感器以及油缸磁滞位移传感器来实现，保证采高数据的稳定、准确输出。预置两种传感器配置，可实现冗余控制，当其中一种配置出现问题时，可以切换到另一种。预留惯性导航装置的安装接口，提供精准位置信息，并发送至电液控制中心。

2）交互通信。交互通信所涉及的工作场景包括综采工作面内的采煤机、顺槽监控平台所在的顺槽监控中心以及井上的监控主机。采煤机与顺槽主机以光纤为传输线路，采用星型连接的方式。地面控制中心主机，通过矿山自带环网接入，实现设备数据和环境数据上传，并依据这些数据提供Web 服务。

3）记忆截割。按照学习的内容，记录采煤机位置参数、滚筒轨迹等，进行智能化运算，实现采煤机的自动调高、卧底等功能。

4）设备状态检测。包括以下功能：显示液压油箱的温度、压力；对摇臂、牵引齿轮油箱的温度保护；对冷却水回路的压力、流量保护以及对电控箱回路的流量保护；对调高油泵、制动油泵的压力保护；提供瓦斯超限及整机断电后的延时检测；提供各电机的电流、温度保护。此外，采煤机提供“恒功率牵引保护”，可根据实际电流的需要设置“加速区”“恒速区”“减速区”“重载反牵区”和“超温降容保护”的阈值参数。

2.2 液压支架智能化升级

原支架配置ZE07-03 型电液控制系统，在原有控制系统的基础上对设备进行改造，保留原有设备的电液控主阀、位移传感器和压力传感器，更换原有支架控制器、电磁阀驱动器、隔离耦合器、红外线发射器、红外线接收器和隔爆兼本安型稳压电源，增加中继器、倾角传感器、支架警示灯以及相关连接器。

1）姿态监测系统。工作面中间架每架配置4 件倾角传感器，能够在顺槽集控中心自动化平台实时反馈支架姿态（支架高度、支架状态），具备支架全姿态监测。同时，通过倾角传感器状态，实现采煤机与支架防干涉功能。

2）工作面人员定位系统。系统采用定位器近距离检测，通过人员携带标识卡对经过路径布放的定位器进行信号评估，并通过Lora 通道上传到信号转换器。信号转换器接收到标识卡上传的信息后，根据无线电衰减模型计算出当前定位卡的预测位置，并根据预定逻辑测算出准确的当前位置，通过以太网接口UDP方式上传到后台处理。

3）工作面视频监控系统。工作面每6 架支架配备1 个矿用云台摄像头，每12 架支架配备1 台矿用本安型交换机，并配备云台摄像机跟随软件、地面视频存储服务器及软件，云台摄像头能够根据自动化系统得到的煤机位置信息实现自动跟机旋转，确保采煤过程中对煤机前后滚筒区域的跟机监控。当采煤机超出监控范围后，能够自动切换合适位置的摄像头持续监控。

2.3 三机动力部监测系统

刮板输送设备配套的工况监控及综合保护系统，用于对布置在综放工作面及顺槽的刮板输送机、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、电动机的轴端轴承温度、定子绕组温度及各个传动部冷却水回路的温度、压力、流量等关键工况参数进行在线监测，并将采集到的工况数据通过标准的通信协议上传到上位机集中显示。

在转载机、破碎机、刮板输送机的机头和机尾各个传动部的就近位置分别布置1 台矿用隔爆兼本安型监测站，并在设备列车处同样布置1 台矿用隔爆兼本安型监测站，作为工况状态监测装置的分站及主站，分站和主站具有预超限报警功能。各站之间通过高强度矿用通讯电缆联接，以RS485 通讯协议组网三机输送设备的动力部工况状态监测。

2.4 工作面煤流监测智能控制系统

在刮板机机头合适位置安装1 台红外煤位传感器检测工作面运输机煤流量，红外煤位传感器采用激光扫描的形式实现煤量扫描，然后将扫描到的刮板机断面煤层厚度和断面横截面积数据发送到可编程控制箱。刮板机采用基于权重的煤量算法，结合激光雷达进行煤量扫描、DTC+有功功率算法和采煤机综合参数算法，实现煤流负荷智能控制。智能煤流负荷平衡控制系统能够与集控中心通讯根据刮板机断链、断电的信号自动停止割煤。刮板机具有低速检修和多级工作模式，启动时机尾电机转速智能控制，实现机头机尾同转速，机头不堆链。

2.5 泵站控制及监测系统

在原有的乳化泵上配备1 个润滑油压力传感器、1 个润滑油温度传感器和1 个润滑油位传感器。在乳化液箱输出口配备2 个总出口压力传感器、1 个液位传感器。喷雾泵配备1 个润滑油压力传感器、1 个润滑油温度传感器和1 个润滑油位传感器。在水液箱输出口配备1 个总出口压力传感器、1 个水位传感器。升级后，可实时监测乳化液泵站机喷雾泵站润滑油的压力、温度和油位以用乳化液的压力和液位。