無人化(或少人化)綜采是指煤礦井下采煤工作面的生產(chǎn)裝備在不需要人工直接干預(yù)情況下，通過采掘環(huán)境的智能感知，按照規(guī)定的程序進(jìn)行自動(dòng)化采掘作業(yè)。要實(shí)現(xiàn)操作人員離開井下綜采工作面，實(shí)現(xiàn)綜采設(shè)備的無人值守控制，必須解決采煤機(jī)智能化截割、綜采機(jī)組協(xié)同控制、信息傳輸網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、故障等技術(shù)。
一、無人化綜采機(jī)組
實(shí)現(xiàn)綜采機(jī)組無人值守、遠(yuǎn)程監(jiān)控是無人綜采工作面的關(guān)鍵。它包括采煤機(jī)、液壓支架、液壓泵站、刮板輸送機(jī)(破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、帶式輸送機(jī)、移動(dòng)變電站等設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與運(yùn)行的集中自動(dòng)化控制，并通過與視頻監(jiān)控技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)綜采機(jī)組的遠(yuǎn)程遙控遙測(cè)。
二、采煤機(jī)自動(dòng)化
采煤機(jī)是無人綜采工作面的核心，由于地下煤層條件和環(huán)境復(fù)雜多變，因此采煤機(jī)的截割軌跡須根據(jù)頂板巖層的變化而調(diào)高，牽引速度也應(yīng)根據(jù)負(fù)荷變化而調(diào)速。人工操作時(shí)，這些調(diào)控都是依靠礦工的視覺、聽覺、觸覺和經(jīng)驗(yàn)加以實(shí)現(xiàn)。但若要實(shí)現(xiàn)無人值守的采煤機(jī)自動(dòng)運(yùn)行，就必須具備以下功能：
1.煤巖界面自主識(shí)別
煤層的自然成藏邊界很不規(guī)則，采煤機(jī)作業(yè)過程中如不能自動(dòng)識(shí)別煤巖界面的變化，就難以實(shí)現(xiàn)無人化采煤作業(yè)。迄今已提出十多種煤巖界面識(shí)別的方法，比較有效的方法主要基于三種原理：一是煤層厚度探測(cè)原理，如Y射線探測(cè)、雷達(dá)探測(cè)；二是煤巖表面檢測(cè)原理，如紅外測(cè)溫、激光探測(cè)、表面圖像分析；三是切削力檢測(cè)原理，如振動(dòng)頻譜、截齒測(cè)力、驅(qū)動(dòng)電流。
2.采煤機(jī)自主定位
采煤機(jī)的行走軌跡直接影響液壓支架的自動(dòng)調(diào)直，也決定著工作面煤壁的截割直線度。目前，可用于井下采煤機(jī)的定位包括紅外線定位、無線傳感網(wǎng)定位、里程計(jì)定位、激光定位、超聲波定位、慣性導(dǎo)航定位。其中，基于地理信息系統(tǒng)(GIS)的采煤機(jī)定位定姿新方法取得了較好的應(yīng)用效果。
3.采煤機(jī)自動(dòng)調(diào)高
為實(shí)現(xiàn)電牽引采煤機(jī)截割滾筒高度的控制，在調(diào)高油缸中配置了位移傳感器，在搖臂上配置傾角傳感器測(cè)量截割滾筒的當(dāng)前位置。由于傾角傳感量和位移傳感量與截割滾筒高度之間存在非線性的映射關(guān)系，需要通過控制器實(shí)現(xiàn)高度調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。由于截割滾筒和搖臂自重的影響，需要根據(jù)截割滾筒不同的上調(diào)速度和下調(diào)速度進(jìn)行控制。
4.采煤機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控
在采煤機(jī)上設(shè)置本安型無線交換機(jī)，在綜采工作面布置若干臺(tái)本安型無線交換機(jī)，利用無線傳輸網(wǎng)絡(luò)把采煤機(jī)的參數(shù)信息和控制指令傳輸?shù)蕉祟^無線交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)機(jī)載控制、回采巷道控制器及地面遠(yuǎn)程控制器的通信。利用采煤機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控3DVR平臺(tái)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控采煤機(jī)的工作狀態(tài)。由此，操作人員可以在回采巷道和地面對(duì)采煤機(jī)實(shí)施監(jiān)測(cè)和控制。
三、液壓支架自動(dòng)化
液壓支架的自動(dòng)化監(jiān)控主要由支架電液控主機(jī)控制。在自主模式下，支架電液控主機(jī)負(fù)責(zé)整個(gè)工作面支架的控制和監(jiān)控工作，并完成接口通信和工況數(shù)據(jù)傳輸；在集控模式下，支架電液控主機(jī)還能接收來自回采巷道集中控制系統(tǒng)的控制命令。由此實(shí)現(xiàn)工作面支架的操控動(dòng)作、頂板壓力、推移刮板輸送機(jī)位移和報(bào)警故障狀態(tài)等信息的在線監(jiān)控。在回采巷道集中控制系統(tǒng)中，通過3DVR軟件可真實(shí)再現(xiàn)工作面的液壓支架運(yùn)行狀態(tài)
四、運(yùn)輸系統(tǒng)自動(dòng)化
綜采工作面自動(dòng)化運(yùn)輸系統(tǒng)由傳感器、機(jī)載控制器、無線網(wǎng)絡(luò)、回采巷道集控中心計(jì)算機(jī)和上位機(jī)控制系統(tǒng)組成。傳感系統(tǒng)將采集到的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)保存在各個(gè)設(shè)備的機(jī)載控制器內(nèi)存中，并通過無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳送到回采巷道集控中心，回采巷道集控中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向各個(gè)運(yùn)輸子系統(tǒng)機(jī)載控制器發(fā)送控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)輸裝備的遠(yuǎn)程控制功能。
五、乳化液泵站自動(dòng)化
乳化液泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由乳化液泵站傳感系統(tǒng)、乳化液泵站機(jī)載控制器、基于TCP/IP協(xié)議的S7通信方法、回采巷道集控中心、泵站控制器系統(tǒng)組成。它們監(jiān)測(cè)乳化液泵站的運(yùn)行參數(shù)，并通過機(jī)載控制器與回采巷道集控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)乳化液泵站運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)上傳，同時(shí)接收回采巷道集控中心發(fā)送的控制指令，實(shí)現(xiàn)乳化液泵站的遠(yuǎn)程操作。
六、工作面供電無人化
通過綜采工作面自動(dòng)化平臺(tái)，對(duì)移動(dòng)變電站高壓側(cè)的電流、電壓、功率、功率因數(shù)、過載動(dòng)作值、短路動(dòng)作值、溫度和瓦斯?jié)舛鹊葏?shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)和變壓器檔位開關(guān)的狀態(tài)監(jiān)控，顯示并記錄移動(dòng)變電站故障和報(bào)警信息。同時(shí)，對(duì)于低壓真空饋電開關(guān)的工作電壓、運(yùn)行電流、開關(guān)電流整定值進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)時(shí)顯示組合開關(guān)線路過流、漏電、欠壓、變壓器超溫和瓦斯?jié)舛瘸薜裙收蠣顟B(tài)信息。
七、綜采“三機(jī)”協(xié)同控制
綜采工作面“三機(jī)”聯(lián)動(dòng)是指工作面的采煤機(jī)下刮板輸送機(jī)和液壓支架相互交換信息，根據(jù)三者當(dāng)前狀態(tài)相互配合，緊密協(xié)同工作。綜采工作面通過回采巷道集中控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電牽引采煤機(jī)、電液支架主控制器、工作面輸送設(shè)備的集中控制，通過子系統(tǒng)之間的故障閉鎖信號(hào)實(shí)現(xiàn)安全可靠的集控功能，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)以電牽引采煤機(jī)自動(dòng)截割為驅(qū)動(dòng)的“三機(jī)”集中協(xié)同控制。
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