基于互联网的井下综采智能控制技术的研究

张文静

（山西乡宁焦煤集团有限责任公司，山西 临汾 042100）

引言

为了提升煤矿井下的综采作业效率和安全性，以“无人化”综采为代表的智能综采技术得到了快速的发展，由于井下综采面各类综采设备多，因此对综采过程中的各个设备的动作顺序、响应速度和精确性的要求不断提升，而目前各类设备上的数据通信接口和协议类别多，无法进行直接通信，一般是先通过数据交换机进行数据转换后再进行统一的处理，各类设备信息相对孤立，无法形成闭环协同控制，造成了设备动作状态响应速度慢、协同精确性差，难以满足井下综采面快速综采的需求。同时由于井下地质条件复杂也极易造成刮板输送机的偏位，影响液压支架、采煤机的协同运行，给井下综采面的“无人化”综采作业带来了极大的困难。因此，针对煤矿井下的实际情况和“无人化”智能综采的需求，提出了一种新的基于互联网的井下综采智能控制技术并展开分析。

1 井下综采智能控制方案

针对目前井下综采控制系统的不足，本文以建立各综采设备的统一联动控制、实现数据信息的互联互通为基础，提出了一种新的井下综采智能控制系统，其整体结构如图1 所示。

图1 综采智能控制体系结构示意图

由图1 可知，该综采智能控制体系中均采用TCP/IP 传输接口，用以太网转换模块将RS485 通信协议和其他设备常用的CAN 通信协议转换为标准的EtherNet/IP 协议，开放性高，能够支持各类设备数据信息的快速写入和读取，实现数据信息的高速、安全传输，该系统具备“一网涵盖”的数据通信构架[1-2]，满足智能控制系统中远程监测、自动控制需求，具有安全性高、稳定性好、抗干扰能力强的优点。

2 刮板输送机自动找直技术

在综采作业的过程中由于位置监测误差或者刮板输送机、支架间的啮合间隙累积，导致刮板输送机的运行直线度无法保证，不仅会增加刮板输送机在运行过程中无用功的消耗、降低采煤机综采作业速度，而且还会导致采煤机、液压支架与刮板输送机的运行干涉，出现运行事故，严重影响了井下采煤机、液压支架和刮板输送机的联合运行。

本文基于刮板输送机、液压支架、采煤机的联合运行需求，提出了一种新的刮板输送机自动调直方案，其调直流程如图2 所示[3]。

由图2 可知，系统首先对刮板输送机前后的偏差量进行计算，然后结合综采面顶板位置的压力情况，向液压支架的推移千斤顶发出第一次修正调直的指令，当采煤机从刮板输送机指定位置经过后，在综采面最前面的支架先向前推出66%的步距，然后后侧的支架以此为参考点，逐步推进到和参考支架齐平。然后系统控制支架的推移装置进行第二次的调直，依然是先调直最前端的支架，然后再依次调直后侧的支架。二次调直到位后再按相同的方法进行第三次调直，直到刮板输送机达到规定直线度。

图2 刮板输送机调直流程示意图

该刮板输送机自动找直控制系统，能够根据刮板输送机的偏移量自动分阶段逐级调直，确保综采作业过程中综采设备协同运行的可靠性。

3 作业人员定位感知技术

综采面由于工作环境恶劣，对井下作业人员的位置判断存在较多的盲区，在调整设备运行状态的时候若对人员位置判断不明，将极易导致出现人员伤亡事故。因此本文提出了一种新的井下作业人员主动定位感知技术，在各个液压支架内设置一个信号接收器，在人员身上设置一个带有编码的信号发射器，信号接收装置的接收定位精度为±20 cm，其定位感知技术原理如图3 所示[4]。

图3 定位感知技术原理

由图3 可知，假设危险区域为A 区域，安全区域为B 区域，当支架监测到人员在危险区域内时，自动发出接近危险信号，使临近的支架和刮板输送机停止动作，防止伤害到人员。该技术为主动定位识别技术，的定位精度达到了±15 cm，定位精度高、速度快，能够有效地避免传统被动定位技术定位精度低、无法根据人员位置控制综采设备运行情况的不足，极大地提升了井下综采作业的安全性。

4 结语

1）该综采智能控制体系采用TCP/IP 传输接口，以EtherNet/IP 协议为标准协议，开放性高满足智能控制系统中远程监测、自动控制需求，具有安全性高、稳定性好、抗干扰能力强的优点。

2）刮板输送机自动找直控制系统，能够根据刮板输送机的偏移量自动分阶段逐级调直，确保综采作业过程中综采设备协同运行的可靠性。

3）主动定位识别技术，定位精度达到了±15 cm，能够有效地避免传统被动定位技术定位精度低、无法根据人员位置控制综采设备运行情况的不足。