智慧矿山无人采煤工作面系统

智慧矿山无人采煤工作面系统

（薄煤层）

一、概述

综采工作面是现代化煤矿生产的主要环节，是煤矿生产中设备最多、环境最恶劣、工作最复杂的系统，截至目前一直是各国大力研究的课题。智能化综采工作面控制系统，实现采煤作业的自动化控制以及远程遥控；通过采煤机记忆截割调节控制，采煤机、支架电液控制、运输系统的整体协调控制技术，实现设备的就地/集中/远程三级网络管理，系统能够根据运输系统负荷的大小，自动调控采煤机的生产能力；通过无线网络覆盖，实现移动设备采煤机在工作面环境下的可靠通讯，视频、语音、数据三网合一，解决整个作业面的通讯瓶颈，割煤过程视频自动跟踪监控；根据设备之间传感器的物联网技术，实现相关设备的姿态识别，故障提前预警，实现工作面协调、安全、可靠的生产。整个项目技术达到国际先进水平。

采用先进的数字化控制技术，实现工作面综采自动化是21世纪采矿工业的研究热点,能够提高我国煤炭生产设备的研究设计与生产制造能力。而且由于远离采煤工作面的现场恶劣环境，降低了劳动强度，减少了操作人员，提高安全生产水平方面，减少对进口设备供应商依赖，具有重大的现实意义。

二、系统组成

综采工作面自动化控制系统是由：工作

面集中控制系统、视频监控系统、设备姿态监

测系统、通讯网络平台与多项关键技术组成的

三位一体的大型控制系统。是煤炭综采成套装

备的核心，是操作人员的人机接口。如图所示。

整个系统包括以下十个子系统。

1)地面调度中心综采作业面数据监控与三维展示子系统

2)井下顺槽设备列车的集控平台与软件子系统

3)有线通讯网络及无线覆盖子系统

4)综采工作面视频监控子系统

5)具有远程测控和姿态检测的智能化采煤机

6)支架姿态检测及支架电液控制子系统

7)刮板、转载、破碎、皮带运输连锁控制与工况检测子系统

8)供电设备及数据监控子系统

9)泵站控制与数据监测子系统

10)刮板机俯仰倾角及曲直变化检测传感器子系统

通过建立工作面实时工业以太网与无线覆盖网络，将各个相关设备联系在一起，实现与各个装置的数据通讯。在顺槽集控中心实现对工作面设备的远程控制，设备包括：采煤机、支架、刮板输送机、转载机、破碎机、负荷中心、泵站。对每个设备的工况数据采集、存储、显示、报警，远控。以采煤机位置为坐标，实现对采煤机与支架的视频跟踪切换，完成对整个工作面设备的可视化管理。

通过构建由井下顺槽控制中心、综采工作面有线/无线全覆盖网络、设备远程控制与语音通讯系统、工作面视频监控系统、数据分析与诊断预警、工作面设备姿态检测系统、转载机、破碎机、泵站以及胶带输送机的连锁控制等组成的自动控制平台，实现工作面液压支架、大型采煤机、刮板输送机的协调控制，完成综采工作面生产过程自动化控制功能，提高生产效率；并对主要生产设备工况的实时在线监测、及时发现故障隐患，提高设备开机率；并将采集到的数据通过煤矿目前的高速信息网络传输到地面的调度中心，在地面调度中心设置存储服务器，对相关数据进行存储、显示和分析，实现数据共享与远程管理。

三、主要研制内容

智能化综采工作面集控平台主要包括：井下顺槽控制中心与地面操作平台；采煤机、支架、刮板输送机联动控制装置及工艺控制软件；综采工作面的通讯

网络系统；工作面视频图像监控系统；相关设备的数据通讯规约及数据采集分析软件，乳化液泵站。

智能化综采工作面集控平台，包括采煤机、支架、泵站、刮板输送机、破碎机、转载机、皮带输送机等设备的工作状态的监测与生产运行自动化集中控制，通过与视频监控技术的结合，实现上述设备的远程遥控操作。顺槽控制中心采用高性能的防爆计算机和实时数据库采集软件，组成井下数据采集与监控系统，采用综采工作面专用控制装置，实现相关设备的控制。设计视频监控平台，实现对整个工作面的可视化图像监控。最终实现在顺槽控制中心对整个工作面生产情况与设备工况的实时监测，完成对采煤机实现远程启停/换向/加减速/调高/喷雾等操作控制，每个支架动作的远程控制与成组远程操作控制，根据工艺要求实现采煤机与支架电液控制系统的调协控制、根据运输系统自动调控采煤机运行、运输程序闭锁、保护与报警。分析软件对历史数据和实时数据进行分析与记录，还有权限管理功能。实现整个工作面设备的视频化远程集中控制，并结合高速通信技术实现工作与生产信息的网络化远程传输与人员视频对话功能；

地面操作平台与顺槽控制中心实现1000兆宽带数据通讯网络，可对工作面设备运行工况与生产情况进行实时观测，并可在紧急情况下对采煤机、支架、三机、泵站与皮带进行急停的网络化远程干预控制。地面集控中心的计算机对无人

综采工作面的二维或三维模拟仿真，并实现与工作面可视系统的视频信号结合，

实现模拟场景与现实场景一体化与随意切换；

如下图所示：

四、通讯网路平台

采用有线网路与无线网路相结合的通讯技术，采用无线网络为工作面移动设备数据传输提供了通道，为工作面自动化的实现起到了关键作用。通过该网络实现采煤机的工作状态监视与控制和视频图像的实时跟踪。

在煤矿的综采自动化控制系统中要想实现操作人员离开工作面，实现综采设备的远程控制，必须通过有线或无线的通讯方式实现对采煤机的数据采集与监控，采煤机作为一个移动的设备，目前多采用的方式为在采煤机动力拖缆中预埋通讯线缆，采用有线通讯的方式。这种通讯方式，由于电缆的折叠与移动，经常发生断线，维护困难。再加上与动力电缆同缆传输，信号干扰严重。更好的通讯方式为无线通讯。在本项目中，实现整个工作面的无线覆盖，实现与采煤机的数据通讯、视频传输，不仅满足通讯带宽的要求，而且避免拖缆中来回折叠产生的光线或电缆折断的问题，属于关键的技术。

五、综采工作面可视化监控系统

综采工作面可视化无线监控系统是专业为煤矿综采工作面量身打造的集视

频监控、网络传输、无线手机通讯为一体的井下无线网络平台。针对工作面大粉尘、照明差、区域狭长、设备动作复杂不宜敷设固定线路等特点，为可视化综采工作面提供最佳解决方案。实现对整个工作面的可视化远程控制，是整个系统的重要组成部分。

通过视频监控系统传送的工作面图像，操作人员才能根据煤层变化情况、滚筒截割情况、支架状态等信息，必要时对采煤机进行远程干预，干预操作功能与操作人员跟机作业时相同，可实现采煤机所有动作的干预。通过远程干预可以避免在地质条件变化或煤层变化时采煤机切割到岩石等情况的发生。自动跟踪实时视频监控系统，对工作面设备安全运行提供了有效的保证。

工作面视频图像监控系统是实现工作面可视化的重要组成部分，将视频数据通过无线网络和有线网络相结合的通讯方式传输到工作面集控平台，实现图像自动跟着采煤机移动功能，采煤机运行到什么地方，对应位置的视频图像实现切换。实现对采煤机的随机监控。针对工作面煤尘大，采用气体保护技术实现对镜面的专利保护技术。使操作司机通过视频画面随时了解现场情况。通过智能化综