无人工作面智能采煤机电控系统研究

（国家能源集团国电建投内蒙古能源有限公司察哈素煤矿，内蒙古 鄂尔多斯 017200）

煤炭产业的发展对我国工业发展具有重要的推动作用，近年来，无人工作面开采逐渐受到煤炭行业的重视。自动化技术在煤矿开采工作中得到广泛应用。合理利用多种智能化技术开展煤矿开采操作有利于提升煤矿企业管理实效性。在无人工作面应用采煤机自动控制技术，已成为国内外采矿行业研究的重要课题。

一、概述

无人采矿利用目前最先进的技术，包括地下通讯，工艺设计，采矿系统，采矿工艺包括自动凿岩，自动装岩，自动卸岩等，技术基础是高速地下通讯系统与高精度地下定位，无人工作面采煤技术是工作在回采工作面以外的地点操控机电设备，完成工作面的破煤、装煤、运煤等各项工序。无人采矿开采范围广，包括薄煤层可实现刨煤机无人自动化采煤，利用无人工作面开采高瓦斯煤层实现瓦斯的预先释放，保证生产安全。利用现代科技丰富改进传统开采水平，无人工作面在先进完善的顶板监控监测系统下进行。实现资源的合理化配置，生产过程采用先进的自动化技术，生产能力大，效率高。

二、采煤机电控系统

（一）整体设计

1.车载控制及监测单元。采煤机车载控制及监测单元主要包括：本地监测部分。主要功能是获得采煤机运行中的各种工作参数，包括：电气系统监测模块、传动系统监测模块、液压系统监测模块、采煤机姿态及位置监测模块和环境系统监测模块；采煤机中央控制部分。采煤机中央控制单元主要实现采煤机的煤岩识别算法及记忆截割算法，从而实现自动化采煤；运行控制部分。基于采煤机中央控制单元的指令，实现采煤机的运行控制，比如采煤机起动、停止，升／降滚筒，左／右牵引等翻；通信部分。完成采煤机本机和顺槽控制单元、远程控制单元之间冗余通信及数据交换。

2.遥控控制单元。采煤机用遥控发送器是用来发射一定频率的高频信号，该信号经遥控接收器接收后，转换为CAN 总线信号，与采煤机电控箱通讯，从而实现采煤机各种控制功能的设备。左，右遥控功能需要具备左行、右行、牵停、主停、左佑升、左／右降、左／右加、左佑减等功能。

3.顺槽集中控制单元。采煤机操作人员可以在顺槽集中控制台，利用视频监测系统，通过采煤机手动控制终端控制采煤机的各种工作顺槽集中手动控制单元主要包括顺槽防爆计算机、采煤机手动控制平台、通信单元等。

4.地面远程控制单元。通过煤矿井下光纤环网、工业以太网、工作面视频监测系统，可以在地面监控中心远程控制综采工作面采煤机的工作。地面远程控制单元主要包括远程监控中心计算机、网络交换机、uPs电源、避雷器等。

（二）数据采集单元硬件设计

该数据采集单元主要包括：传感器数据连接插排、数据存储模块、ARM核心处理器、CAN 总线通信模块、Rs485 总线通信模块、以太网通信模块、电源转换单元等。

1.模拟数据采集电路设计。R43 为150 n 是采样电阻，4mA～20mA 的电流从AIN3 口进入以后，转变成0.6V～3 V 的电压，再经过由LM358 运算放大器设计的电压跟随器，电压转变到LM358 的1 号引脚，R63 是起到抑制电流过大的作用，防止过大的电流对后面集成芯片的损害。

2.据采集单元软件设计。数据采集单元的软件功能设计主要有两方面的作用：为了实现实时对采煤机工作情况监测，在采煤机上布置稳定、可靠的工业传感器，通过采煤机的采集板进行状态汇总，上报给采煤机主控板，实现采煤机的工作参数监钡口及采煤机姿态位置监测，保证整个无人工作面能够安全、高效、稳定运行；为了采集用户的操作动作(操作杆、按钮等)，转换成控制指令，然后通过CAN 总线或485 总线发送到采煤机运行的控制板上，由控制板解析命令以控制采煤机的运行。

三、无人工作面技术应用

以某矿业介绍数字化无人开采技术的应用，采煤工艺选用综采，全部挎落管理顶板，根据矿压参数选取工作面设备，ZY3300 电液控邻架操纵，SGZ630/220 工作面刮板运输机运输能力450t/h,.SPJ-800 胶带输送机运输能力350t/h，监控系统采用超低照度，广角视频监控系统，采煤机采用远程监控系统，集中控制室内放置视频检测，三级联动控制系统相关设备。采煤机远程控制系统采用嵌入式工控机处理采煤机运行姿态信息，采煤机司机在集控中心室通过安装探头提供的采煤机信息实现摇臂倾角，实现采煤机自动化无人干预割煤进刀前，通过采煤机工控机采煤机割煤，程序自动记忆割煤数据，激活技艺割煤功能。采煤机司机确认范刀可用煤机将读取采煤机历史运行状态，通过系统提供的设备运行状态发现异常时，可通过采煤机远程控制系统随时结束记忆割煤功能。

工作面液压支架采用pm32 电液控制系统，由井下主控计算机，红外线发射器，耦合器，网络终端器，架间电源电缆，电磁先导阀等组成。电液控制系统具有跟机自动化，领架操作与手动操作等工作方式。液压支架跟机自动化功能以采煤机位置为依据，由采煤机机空外线发射器与支架安装红外线接收器实现数据采集，红外接收器将检测采煤机位置信息传给主控系统，系统根据采煤机位置信息自动发出命令指挥支架控制器完成操作。受到采高限制等因素影响时，需采用割顶破底开采，会出现采煤机镐型截齿消耗快，CIA面积装煤效果差等情况，通过加大滚筒螺旋升角，加设采煤机梨煤板可有效解决。

采煤机自动控制技术的应用，对实现高效无人化开采提供了有效途径。对保障生产安全，由劳动密集型向技术密集型转变，具有重大的现实意义。采煤自动控制技术对煤层地质条件要求较高，较适用于顶板稳定的工作面，否则需改用人工操作。为提高无人开采工作面的生产效率，需进一步研究应用多传感器智能截割控制技术等新技术，提高对复杂煤层的适应能力。