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煤矿采掘装备智能控制系统设计

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在2015年6月国家安全监管总局发布的《开展“机械化换人、自动化减人”科技强安专项行动通知》中,明确提出,到2018年6月底,实现高危作业场所作业人员减少30%以上,大幅提高企业安全生产水平,并要求煤矿建设升级综采工作面机械化自动化。

一、煤矿采、掘装备智能控制系统

华洋通信科技股份有限公司依托国家863计划主题项目、国家自然基金等科研成果,经过近3年的科技攻关,研发出煤矿采、掘装备智能控制系统,实现井下掘进机、综采工作面“三机”及相关配套设备的智能集中控制、协同工作、故障诊断、信息集成与综合监控。煤矿采、掘装备智能控制系统及系列产品,是物联网、大数据、智能控制和信息处理等一系列技术的高度集成,由井上/下高速传输、掘进机远程控制系统、综采工作面“三机”(采煤机、液压支架及刮板运输机)智能控制、工作面配套设备协同工作、3DVR虚拟现实及故障诊断等14个子系统和装备,是基于物联网的智能化控制技术在传统煤炭开采中的创新性研究与应用。本系统采用采煤机位置检测、工作面自动取直技术与水平控制技术,还集成了液压支架电液控制技术、信息系统以及自动化软件平台,不仅实现了远程智能机械化与自动化采矿,大大提高了矿区的工作效率与管理效率,还能够大量缩减采矿工作人员,大幅提高矿产安全程度,在国内同类产品中具有先进性及技术优势。针对地质条件简单、煤层稳定的大中型煤矿,通过采用煤矿采、掘装备智能控制系统及系列产品,应用液压支架电液控制系统等,代替液压支架手工操作阀、传统采煤机刮板输送机泵站控制系统等手动操作平台,实现割煤、推溜、运输等工艺过程智能化,可减少工作面作业人员50%以上。

二、系统主要技术特点

系统主要技术特点包括:掘进机、采煤机、电液控支架、刮板机的远程“三机”协同控制;实现掘进机、刮板机、破碎机、转载机、皮带机等机电装备的工作面输送装备的远程集控;工作面视频图像全景拼接显示和图像跟随采煤机位置自动切换显示;基于三维虚拟现实数字化平台(3DVR)实现掘进机、采煤机、液压支架、刮板输送机的地面远程监控;分析设备运行数据,实现设备自动保护功能,减少故障发生频率,降低生产成本;检测采区环境变化,预警事故隐患,危险情况发生时能够自动停止设备工作,保障人员安全;统计设备运行时间,为设备检修提供可靠依据,同时能够分析设备开机率及停机率,并确定设备停机原因,保证系统安全可靠运行。

三、系统组成与原理

掘进机远程控制系统掘进装备智能控制系统以掘进机远程监测和控制的关键技术为核心,掘进机工作环境恶劣、照明严重不足,对于掘进导向系统的限制条件很多。环境中的尘埃使得无法使用视觉导航定位;巷道无法使用全球定位系统,所以比较适用非视觉传感器定位技术。系统采用电子测距和测角技术,建立掘进机位姿自动测量及定向纠偏控制平台,实现掘进机位姿测量和定向纠偏。掘进机自动控制系统的控制方式有本机手动控制、无线遥控、远程遥控。其中本机手动控制为司机直接操作控制手柄,通过操作手柄直接控制换向阀,驱动各工作油缸及液压马达动作,实现掘进作业。无线遥控系统由司机操作遥控发射器在掘进机附近控制掘进机。远程控制系统由司机操作工业控制计算机,计算机通过CAN总线以及以太网与机载控制器通讯,实现掘进机的远程操作。掘进机综合控制器如图1所示。远程控制系统采用基于PC104的嵌入式隔爆计算机,其操作系统采用实时性较高的Linux操作系统,计算机通过CAN总线以及以太网与机载控制器通讯,汇集存入来自掘进机控制器采集和传来的数据,以及机载耐震低可视摄像系统传来的图像信号,随时显示这些数据参数和图像,监视掘进机的工况和动作状态。掘进机远程控制系统组成如图2。综采工作面远程控制系统根据综采工作面生产系统特征,结合煤矿开采工艺过程,建立多源复杂异构数据无缝信息交互模型。通过采煤机工作状态参数在线监测、控制、信号传输及可视化技术的整合,开发采煤机机载控制系统、采煤机顺槽监控系统、采煤机地面远程监控系统,实现采煤机的远程可视化控制与监测,如图3所示。综采工作面远程控制系统的核心是工作面“三机”协同控制,工作面“三机”协同控制策略的基本思想:按照采煤机行走割煤、液压支架移架支护、推溜三个设备动作,设计综采工作的循环协同控制步骤:割煤、装煤、运煤、移架、推移刮板输送机槽(推溜)、推移刮板输送机。综采工作面远程控制系统采用信息与通信技术、控制技术,开发新设备和集成控制软件,实现液压支架、采煤机、三机、乳化液泵站等单机及其现有控制系统有机结合,利用压力、倾角、行程、负荷、视频等各种传感器实现采掘工作面工况、设备状态等信息的感知,采用同一监控平台实现集视频、语音、远程集中控制为一体的综采工作面数字化集成控制系统,将工人从危险的工作面采场解放到相对安全的顺槽监控中心,实现在顺槽监控中心对综采设备进行远程操作,达到工作面“无人”或少人开采的目的。

四、推广应用价值

井下采倔工作面地质条件复杂,环境恶劣,自然灾害多,矿山生产过程受水、瓦斯、火、粉尘、顶板等多种客观因素的制约,安全形势依然严峻,严重影响矿山生产和人身安全。特别是近年安全事故频发,安全管理工作做得好坏直接影响采矿工业的健康持续发展。煤矿采、掘装备智能控制系统将井下工作面设备(采煤机、刮板机、液压支架等)以及相关辅助设备的工况数据实时传输到同一监控平台内,通过在顺槽安放的井下主机对设备进行集成显示及远程协同控制。集控系统具备设备参数显示、远程控制、故障信息报警等功能,所有数据汇总至同一平台内,使工作面设备有机地结合在一起,同时通过矿井工业以太环网实现信息传输,能够在地面完成数据显示、分析及远程监控,具备视频图像全景拼接显示和3DVR虚拟现实功能,提高矿山生产效率。为企业提供高效、即时的信息监控,有效防控事故隐患,通过智能化设备与先进系统的引入,经网络传输至地上主机,便于企业即时发现设备与生产过程中的异常,即时调整改善,实现智能化管理与高效率安全生产。煤矿采、掘装备智能控制系统的建设实施,就是针对矿山生产的主要环节——采、掘作业,实现采掘机械智能控制,实现井下少人或无人开采,不仅能够提高生产效率,还能够减少矿山安全生产事故的发生,同时能够促进相关行业的技术进步,对推动行业技术和智能化、自动化采矿的发展具有重要的作用。2015年11月,邯郸矿业集团郭二庄煤矿22204薄煤层综采工作面自动化控制系统投入使用,工作面采煤作业实现自动化远程控制,顺槽集控中心及采煤机远程控制见图4。2015年12月,中煤能源集团平朔公司井工一矿19108综采工作面集控系统投入使用,项目使用变频控制技术。这些技术的应用减少了现场人员,提高了生产效率及安全性。

作者:顾军

煤矿采掘装备智能控制系统设计责任编辑:杨雪    阅读:人次