煤矿掘进机远程控制系统改造方案

煤矿掘进机远程控制系统改造方案

刘志普

陕西陕煤榆北煤业有限公司，陕西 榆林 719000

摘要：近年来，随着社会建设的不断发展，我国科学技术不断提高，我国各行业各领域逐步向自动化、智能化方向发展。目前，在社会经济快速增长的情况下，煤炭资源的需求量越来越大，本文围绕煤矿掘进远程智能控制系统展开论述，对现有掘进机控制系统进行深入分析，提出智能控制系统的设计方案，对智能控制系统技术的发展情况进行剖析。

关键词：煤矿掘进机；远程控制系统；改造方案

引言

随着互联网、物联网、大数据等技术的发展，使智慧矿山技术成为可能，而智慧矿山系统中最主要的就是智慧生产系统。掘进作为采煤的前提，在煤矿安全生产中具有举足轻重的地位，因此，对掘进机进行远程控制系统改造，属于智慧矿山的重要组成部分。本文以某矿现有掘进机为基础，进行远程控制系统改造方案的探讨，以期达到掘进机的远程智能控制。

1智能化掘进系统

1.1设计要求

自动化机械巷道掘进作业应采用适宜的技术装备，应满足煤矿采掘接替需求。采用智能物探、钻探技术进行巷道超前探测，实现掘进数据实时数字化分类存储和现场地质三维建模功能；掘进工作面的条件适宜煤层，优先采用掘、支、锚、运、破碎一体化成套装备，通过掘进工作面远程集控平台，实现基于感知信息对掘进工作面的远程集中控制。

1.2掘进机远程智能控制系统

掘进机工作现场的视频采集功能，图像分辨率可达1080P，且成像系统中具备红外照射、强光抑制、超宽动态、超低照明度等算法，具备云台摄像功能，满足角度旋转、焦距缩放；同时具备语音通信的功能；掘进机状态参数信息数据采集功能；采集后数据可远程传输功能；1000m外远程监视、遥控功能；井下数据、图像上传至地面调度中心的功能；截割轨迹在线监测的功能。

2煤矿掘进机远程智能控制技术的应用优势

2.1能够有效降低煤矿掘进安全风险

在煤矿开采中，由于井下环境较为恶劣，传统的人工操作模式容易出现各种安全事故，对生命安全有严重威胁。将远程智能控制技术应用在煤矿生产掘进当中，工作人员可以远程操控掘进机，操作简便，视野也相对较为宽阔，能够降低人工操作的失误率。除此之外，远程操控也能够避免井下粉尘、有毒气体等对人体所产生的危害。

2.2能够对掘进机运行状态进行远程监控

通过远程智能控制系统搭载的监控设备，可以对掘进机工作过程中的各项数值进行实时监控，当掘进机发生故障后，工作人员只需要通过系统所反馈回的数值判断出故障所在以及故障产生原因，进而作出针对性处理，这样能够提高维修效率，降低故障影响。

3掘进机远程控制系统改造方案

3.1控制方式改造

掘进机的控制要具备就近控制、视距内遥控、工作面远程遥控及地面远程控制等四种控制方式，且在特定时间内只能有一种控制方式有效。为了满足上述要求，控制方式的改造包括以下几个方面：（１）在就近控制中增加切换开关，在远程控制人机交互画面中增加切换功能，以实现控制方式的切换。（２）在控制系统程序中，设定几种方式的优先级，当控制方式不一致时，以优先级高的控制方式为准。（３）在几种控制方式中，都设有急停按钮，无论处于哪种控制方式，在紧急情况下，都可以按下急停按钮，使掘进机迅速停车，以保证工作人员及设备的安全。（４）对于这几种控制方式，需要满足掘进机的所有操作功能，因此在设计时，无论是哪一种远程控制方式，都应模拟掘进机司机操作台，具备油泵电机、截割电机启停，液压部分（截割升降、截割回转、铲板升降、行走、后支撑升降、机载支护工作等）的一键启停，运转皮带、机载除尘设备启停等功能。

3.2维修保养提示

根据掘进机的维修保养要求，对截割部、铲板部、本体部、行走部、第一运输机、喷雾部、油缸、电气系统等都应每间隔一定周期或运行一段时间后进行检查。此外，在液压系统和润滑系统中，液压油冷却器的清洗周期，回油滤清器、吸油滤清器、空气滤清器、空气过滤器等滤芯的更换周期，液压油和润滑油的油质、油温、油压、油位等同样有维修保养要求，根据相关要求，在控制系统中，对于设备运行参数及保养周期、运行时间进行监测，当参数异常、保养时间或运行时间到，做出维修保养提示，并进行信息推送，提醒工作人员完成相关维修保养工作。通讯系统改造为了满足多种控制方式及智能控制要求，必须保证通讯的顺畅，本系统采用“无线＋有线”的组合方式实现数据的远程传输。通讯系统采用无线收发器、无线基站等实现无线通讯，矿用光缆实现有线通讯。掘进设备具有通讯接口，通过数据转换器结合通讯系统将掘进设备的运行参数进行实时共享。

4煤矿掘进远程智能控制系统的发展

4.1数字孪生模型定位技术

在先进科学技术的支持下，我国煤矿逐步将数字化技术应用，数字孪生模型定位技术是最重要的一种。该种技术基于数字化信息技术，根据煤矿地质条件，将井下环境利用数字技术在计算机中建立模型，并将计量仪、惯导、检测雷达等传感器采集到的信息数据输入到建立的模型，实现掘进机在井下精准的定位测量。此外，模型中还能对掘进机的掘进轨迹进行动态修正，以此来获取最优的截割轨迹。之后，将修正后的数据信息同步到掘进模型，便能在计算机中实现虚拟空间与现实场景的相互融合，进而判断掘进工作面情况。

4.2掘进截割远程控制技术应用发展

现阶段，截割臂截割速度难以根据岩石的硬度进行适当调整，是影响掘进机开采效率的关键问题。对此情况，我国加强了对截割臂摆动速度控制的研究，通过多种传感器的辅助来精准获取掘进机位姿模型，进而实现精准操控。随着自动化、智能化技术的不断发展，针对复杂地质条件的煤层，我国研究出了悬臂式智能截割调整掘进机，种掘进机通过对岩石反馈力的分析来实现截割轨迹的优化，更快速完成截割任务。此外，基于人工数字模拟构建的掘进机具有自动学习能力，在截割过程中能实现自动优化、智能截割，对不同硬度的岩石进行多样化截割，避开岩石过硬的部位，以此来实现精准、快速截割。这不仅有助于提升掘进机效率，减少对刀头的磨损，还能在提高煤矿的生产效益中发挥重要的作用。

4.3掘进机位姿精准定位测量技术发展

井下掘进机位姿精准定位测量是保障掘进远程智能化控制的关键，如今我国已经逐步开始进行研究，目前掘进机位姿定位过程中应用的技术有iGPS、全站仪导向、惯导、超宽带等。本文主要对视觉测量计算和管道组合定位测量技术进行分析研究。

5结语

综上所述，掘进远程智能化控制已经成为煤矿行业发展的必然趋势，不仅能够有效降低劳动强度，避免恶劣环境对人体造成的损害，还对提高开采的效率和安全性有着重要的作用。目前，我国大部分煤矿依旧采用传统的掘进机控制系统，不利于煤矿的智能化。对此，要加大对煤矿掘进远程智能化控制系统的研究，通过应用先进的科学技术，进一步提高掘进机的智能化控制水平，使掘进机在截割过程中能有效获取自身的位置及截割工况，进而调整，这也有助于提升截割的效率。此外，还要进一步发展煤矿掘进远程智能控制系统，加强对数字孪生与虚拟方阵相结合的井下定位掘进技术、井下掘进机位姿精准定位测量技术、掘进截割远程控制技术的应用，进而实现掘进远程效率的提升，这对提升煤矿的生产效益也有着重要作用。

参考文献

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[2]杨健，李小辉.掘进工作面远程视频监控控制系统设计[J].中国石油和化工标准与质量，2022，40（4）：220-221.

[3]陆跃先.智能化掘进机在煤矿掘进中的应用[J].内蒙古煤炭经济，2022（11）：140-14

作者简介：刘志普（1988.1-），男，汉，陕西榆林人，2014年7月毕业于榆林学院，电气工程及其自动化专业，本科学历，工程师职称；现在陕西陕煤榆北煤业有限公司，从事煤矿生产调度工作。