矿井综采工作面智能化巡检系统研究

王晓亮

（山西汾西矿业（集团）有限责任公司双柳煤矿，山西 柳林 033300）

引言

近些年来，随着综采技术不断提升，单一综采工作面煤炭推进速度、开采量不断提升[1-2]。但是煤矿井下综采工作面内存在有瓦斯、粉尘等危险因素，减少作业人员数量对提升综采工作面安全生产保证能力具有重要意义。将智能化技术应用到综采工作面是实现减人增效的重要举措之一[3-4]。

1 工程概况

山西某矿为设计生产300万t/年的现代化矿井，主采煤矿有3号、5号、9号、11号等煤层。3506综采工作面回采5号煤层，煤层厚度平均2.2 m，顶底板岩性以泥岩、粉砂岩为主，煤层赋存稳定，地质条件较为简单。采面虽然已实现综合自动化生产，但是现场应用中仍存在下述问题：采面内安装的视频监控系统存在盲区；液压支架跟机结果需要人工判定并手动校正；采煤机截割煤壁是否平直需要人工观测确定[5-7]。上述问题均与监控系统、采煤机、液压支架等设备巡检密切相关。为此，文中提出一种工作面智能化巡检系统，以便解决上述问题。

2 综采工作面智能化巡检系统结构

2.1 系统设计

综采工作面内使用的系统包括有采煤机割煤系统、液压支架电控系统、泵站子系统、三机子系统等。为了满足综采设备自动化控制需要，并提高采面安全生产能力，通常综采工作面布置有视频监控系统以及网络传输系统。文中提出的智能化巡检系统仍以综采工作面内已有的系统为基础构建，具体系统结构图见图1所示。

图1 系统结构图

在综采工作面已有的自动化系统中增加巡检子系统，并在巡检子系统中增加图像识别算法、轨迹测绘算法以及三维点云算法。依据获取到的综采设备运行数据并结合相关算法计算成果，系统通过通信网络发送指令给采煤机割煤、液压支架电控系统，从而调整工作面内综采设备运行。

2.2 巡检子系统

具体综采工作面内布置的巡检子系统结构见图2所示。巡检子系统由3个巡检机器人构成，主要用于三维测绘、采煤机跟机以及刮板输送机跟机巡检。3个巡检机器在工作面内按照预先铺设的可以弯曲的轨道在运行。

图2 巡检子系统结构图

三维测绘机器人通过激光雷达实时获取煤壁与机器人间距离，并根据测量结果绘制采面煤壁三维图像，为后续的采煤割煤提供数据支撑；刮板输送机跟机巡检机器人以惯导装置为支撑，顺着刮板输送机边缘移动，根据测量结果得到刮板输送机弯曲状态；采煤机跟机巡检机器人布置在采煤机上，用以实时监测采煤机运行状态以及运行位置。

2.3 智能巡检系统功能

在综采工作面内布置的智能巡检系统是综采设备自动化控制补充，具体功能体现在以下几个方面：

1）采煤机运行状态实时监测。依据采煤机运行速度信息、位置信息等参数设定采煤机跟机巡检机器人与采煤机间位置，从而实现采煤机根机巡检机器人随着采煤机自动运行。通过巡检机器人上随机布置的高清摄像头对采煤机滚筒割煤情况进行实时监控，监控画面通过工作面内布置的通信网络上传至地面监控中心，从而实现监控中心实时掌握采煤机运行状况。

2）刮板输送机弯曲度实时测定。刮板输送机巡检机器人通过惯导装置沿着刮板输送机运行，巡检机器人行走路线即为刮板输送机在采面内的铺设路线。通过实时获取巡检机器人运行数据即可掌握刮板输送机弯曲度。刮板输送机弯曲度测量结果与液压支架根机动作结果进行比对，可获跟机动作偏差量，并将该偏差量作为下次刮板输送机推移量数据参考值。通过不断体征液压支架根机动作即可不断调整刮板输送机弯曲度，最终实现刮板输送机平直。

3）采面煤壁三维测绘。采用三维测绘机器人绘制采煤煤壁三维图像，测绘机器人沿着刮板输送机运行，通过随机安装的激光雷达不断扫描工作面煤壁，通过激光速度、激光反射时间即可知道煤壁与激光雷达间距离。系统内置的三维点云智能算法会依据距离测定结果绘制煤壁三维图像。通过分析煤壁三维图像内不同位置点云分布偏差，即可掌握煤壁平直程度，以便为后续采煤机割煤参数调整提供借鉴。

2.4 主要技术创新点

在3506综采工作面使用智能巡检系统为综采设备监控以及采面找直提供了一种智能方法，通过各类巡检机器人可实时获取煤壁、刮板输送机平直情况、采煤机运行参数以及运行画面。采用巡检系统内置的智能算法，实现系统智能判定、现场作业人员手动授权，综采设备自动化控制系统自动调整的生产局面。通过在综采工作面布置智能巡检系统可进一步减少工作面人员数量，提升综采设备智能化水平。

3 结语

通过在综采工作面内使用智能化巡检系统，为综采工作面煤壁以及三机找直提供了一种新的技术方法，该方法具有较高的智能化水平，通过布置的巡检机器人、智能算法即可实时掌握煤壁、刮板输送机平直状态、采煤机工作状态。通过监测、巡检获取到的刮板输送机弯曲度，结合液压支架推移量等参数，通过控制液压支架推移量即实现刮板输送机平直。在3506综采工作面现场应用后，智能巡检系统可在一定程度上提升综采工作面智能化水平，并在一定程度上减少采煤作业面作业人员数量。