综采面自动化控制系统研究

综采面自动化控制系统研究

摘要：针对综采面自动化控制系统的应用开展探究。在分析国内综采设备现状的基础上，分析了综采面自动化控制系统设计，并对其应用效果做出探究，希望能为其他矿井相似工程的开展提供参考。

关键词：矿井；综采面；自动化控制系统

综采工作面是煤矿井下生产的主要场所，其所处地质环境复杂多变、相对恶劣，生产作业设备类型多样，因此若想实现综采作业的高效、智能化开展必须构建配套的集成控制系统，实现对各类综采设备的集中控制。本文结合工程实际对综采面自动化控制系统开展探究，为推动矿井生产的现代化发展提供帮助。

1国内综采设备现状

现阶段，中国综采设备的发展已从机械化和电气化阶段发展进入自动化阶段，其中综采液压支架电液控制、三机启停控制和采煤机跟机控制均已初步实现智能自动化，通过覆盖全矿井工业以太网的构建，各种类型的视频监控装置不断覆盖综采面，为井下作业的全面自动化开展提供了必要基础。但多数矿井综采面设备只是部分实现了集中控制，多数设备仍为单机控制。因此，需要针对性地进一步完善自动化控制方案，构建完整的自动化控制系统软件，并配套相应的视频技术，确保综采面自动化控制的远程可视化[1]。

2综采面自动化控制系统设计分析

2.1总体方案

图1为综采面自动化控制系统总体结构示意图。该系统基于覆盖全矿井的工业以太网、无线局域网、无线自组网技术，构建井下信息交互快速通道，确保井下设备有线及无线方式的快速接入。与此同时，运用Ethernet/IP通讯协议，将采煤机、运输机、破碎机、泵站等各类井下综采设备联入网络，通过顺槽监控中心进行统一调度。而在顺槽监控中心内布设高效隔爆工况机与本安显示装置，并通过所设计上位机控制软件对综采面各个设备运行状态参数进行监测分析和智能控制[2]。

2.2支架与采煤机远程控制分析

伴随电液控制系统在煤矿井下的不断普及应用和升级，已基本达成与采煤机的跟机自动化作业。所以，支架的远程控制应以液压支架跟随采煤机智能动作为主，以人工远程操控为辅。针对这一目标，需借助顺槽监控中心内配设的工况机对液压支架使用数据进行采集分析，进而判定其动作到位情况，并根据需要通过远程操作平台发送相关动作指令，对设备运行进行调控。顺槽监控中心中还配设有采煤机工况机，通过采煤机实时状态监测和视频监控系统对采煤机运行进行判定，在需要时可发出动作调控指令，经由数据通讯总线传输至采煤机，达成对采煤机的远程调控。

2.3支架防碰撞技术

鉴于煤矿井下作业条件相对恶劣，地质环境复杂多变，在回采作业过程中往往会伴生大量煤尘，使得回采面能见度较低，容易发生采煤机与支架的碰撞事故。针对此，在自动化控制系统中引入三维虚拟现实技术，从而实现对支架碰撞的超前预警。三维虚拟现实技术应用原理为在回采面液压支架及采煤机周围布设1圈碰撞包围圈，用于感应彼此距离，同时在虚拟软件中对支架和采煤机两设备三维模型的包围圈相对安全距离进行设定，作业时通过对包围圈两者相对距离的实时监测，实现对两者是否存在碰撞危险的判定。其作业流程示意图如图2所示。

2.4回采面找直技术

综采面液压支架在经历自动降架、移架和升架作业后，可能会导致回采面不再符合三平两直的相关要求，同时考虑到综采面及两侧巷道均为狭长形状，内部不仅分布有很多的各类综采设备，同时地形也存在显著的起伏，这使得回采面的找直难度大幅增加。针对这一难题，在综采面所有液压支架的相同位置布设1盏指示灯，并在回采面端头布设摄像仪对支架方向图像进行抓取，在此基础上再借助图像处理算法对各支架指示灯进行检测，从而判定所有指示灯是否处于同一直线，并对偏离直线的指示灯位置进行确定，从而计算出作业面支架所需推移的实际距离，实现回采面支架的自动找直。自动找直后综采面布设见图3。

2.5视频拼接技术分析

伴随光学检测技术的不断发展，井下专用矿井摄像仪的成像质量不断提升，这为顺槽监控中心远程控制设备更高质量的作业提供了更加有力的技术保障。不过由于单个摄像装置所能检测范围相对有限，简单地通过多个窗口进行同步显示，不仅观测效果不够直接且容易造成作业人员的视觉疲劳。针对这一问题研发视频拼接技术，并应用于井下视频监控系统中，从而确保监测终端可对全综采面进行直接观测，从而为远程干预操作提供直接参考。多路视频的实时拼接系统运行流程示意图如图4所示，首先通过摄像装置获得多个待拼接的图像，并通过广角畸变进行校正；然后针对相邻图像进行特征点检测和匹配，所得结果开展坐标转换后，开展图像融合处理，获得最终拼接完成的图像。通过视频拼接系统实现了井下多路支架视频画面的有效拼接展示，所得拼接画面能方便作业人员对支架作业状态进行更加直观的观测，对于更好地保障井下作业安全性效果显著。

3应用效果分析

A矿3102综采面处于井下二采区，作业面走向长度250m，推进长度1800m，上部顶板松散层厚度6~42.1m，主采煤层为3#煤，煤层倾角2°~5°，厚度均值4.1m，设计采高3.9m。通过在该综采面应用所设计自动化控制系统，在确保井下生产作业有效开展的同时大幅减少了作业面人员数量，矿井综合效益显著提升。

4结语

综采作业自动智能化发展是现代化矿井发展的必然趋势之一。矿井管理者必须高度重视相关问题，在生产中组织专业人员开展积极研究，通过综合运用多种新型现代化技能，构建有效的综采自动化控制系统，实现对综采设备的集中远程监视和操控，确保回采作业效率的同时减少回采面人员数量，实现矿井综合效益的提升。

参考文献：

［1］张保文.综采自动化采煤技术的使用及分析［J］.山东工业技术，2019(2)：92.

［2］拜志军.综采工作面设备集中控制应用分析［J］.能源与节能，2018(11)：162-163.

作者：张彦明 单位：阳泉煤业集团兴峪煤业有限公司