一、实施背景
（一）技术背景
随着我国经济发展方式的转变，煤炭行业也由粗放的生产方式向集约化、精细化方向转型，智能化开采成为煤炭安全高效开采的发展方向与必然趋势。国家能源技术革命创新行动计划、国家安全生产监督管理总局“机械化换人、自动化减人”科技强安专项行动都将煤炭智能化开采技术列为重点研究方向。在新旧动能转换过程中，注重把最先进的技术、装备和管理引入煤炭生产，致力打造集约高效生产体系，以“科技驱动”取代“人力驱动”，真正做到了出安全煤、绿色煤、效益煤。
二、创新内涵
国家重点研发计划项目《煤矿智能开采安全技术与装备研发》稳步推进；国家重点研发计划项目《千万吨级特厚煤层智能化综放开采关键技术及示范》立项并启动，两个相关示范工作面相继进入联合试运转并有序推进；神东8.8m超大采高综采工作面顺利投产，我国建成145个智能化采煤工作面；神华宁煤矿区开始大规模应用LASC技术，兖矿集团北斗天地等单位开始研制基于国产惯性导航系统的综采工作面自动找直技术；国家煤监局公布《煤矿机器人重点研发目录》，第一次明确提出，聚焦关键岗位、危险岗位，重点研发应用掘进、采煤、运输、安控和救援五大类、38种煤矿机器人；随着各大煤矿集团对智能化开采的重视，各大煤矿集团进入智能化综采应用的高潮。
三、实施方案
该技术是智控全景监控工作面运输自动化控制系统，包括井上主机控制系统和井下控制系统，井上主机控制系统通过局域网连接井下控制系统，井下控制系统包括防爆型计算机，由计算机控制的人机交互装置和多个功能模块；人机交互装置包括操控台和监控器；使用该系统技术后工作面可实现日常采煤生产过程，实现以采煤机记忆模式割煤为主，人工操作为辅；以综机支架跟随采煤机自动控制为主，人工操作为辅；以综采工作面运输设备自动控制为主，就地控制为辅；以综采设备数据监测为主，视频为辅；
（二） 技术功能
智控全景监控控制系统软件的基本功能是可以从顺槽中心和地面集控中心进行现场设备运行的状态显示、异常判断、事故报警、数据存储、信息共享等，进行采煤机、电液控支架以及刮板输送机、破碎机、转载机、乳化液泵站、皮带机等设备设施的远程。
1.监测系统层：监测系统层是指电液控制系统、采煤机控制系统、刮板输送机控制系统、转载破碎机控制系统、皮带机控制系统、泵站控制系统、视频系统。2.数据接口层：实现将各个监测系统数据转存到统一数据存储平台，接口方式主要有文本文件（xml、txt等）、数据库、视频数据流。3.存储层：实现实时监测系统动态数据的存储，采用传统的关系数据库，通过对采集数据进行挖掘和分析处理，灵活地满足煤矿实际生产的各种需求。考虑到平台的稳定性和通用性，平台拟采用MS SQL Server作为后台数据库对监测数据进行统一存储。4.业务层：业务层对统一数据库平台数据进行统计、分析、查询，实现各个子系统和子系统之间的业务逻辑，并对业务逻辑进行封装，以供展现层调用。 5.用户层：用户层提供监测控制数据的在线的展示以及与用户的交互。主要展示井下顺槽设备以及工作面设备和环境的状态，实时监测工作状况，综合判断是否有发生异常的趋势，当出现异常提示报警。用户通过这一层的交互可以设定系统的关键参数来完成日常的管理工作。
（三）技术方案：
智控全景监控综采工作面控制系统，主要包括井上主机控制系统和井下控制系统(如图)，井上主机控制系统通过局域网连接井下控制系统，井下控制系统包括防爆型计算机，由计算机控制的人机交互装置和多个功能模块 ；人机交互装置包括操控台和监控器；包括保护技术及设置在胶带机驱动滚筒的温度保护、烟雾保护和自动洒水装置和设置在煤仓的雷达料位仪，胶带输送机沿线均匀设置多个急停保护装置。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆井上主机控制系统包括数据主机、视频主机、显示屏幕、井上交换机和井上环网交换机与井下环网连接。
井下软件：运行在井下隔爆兼本安型计算机上，一般部署于工作面顺槽控制中心。主要用于综采设备数据采集、显示、存储、分析、发布等；与井上主机联网通信，将数据发送至井上主机；对综采设备远程协同控制等。
井下操作台请求授权步骤：有操作台使用权限的上位机用户，井下操作台的授权流程。具体操作步骤如下：
井上软件：运行于井上自动化主机，工控机，部署于调度室。主要用来实时显示井下主机的画面，接收并存储井下主机发来的数据。
所提井上主机控制系统通过局域网连接井下控制系统，井下控制系统包括防爆型计算机，由计算机控制的人机交互装置和多个功能模块 ；人机交互装置包括操控台和监控器，按照“数字化、网络化、智能化”的思路，在安全可靠运行的前提下，借助先进的视频技术，提升系统的智能性，完善系统的管理和运用，充分利用资源发挥系统效益，做到自动控制技术具有可持续发展特性，在关键部位设计点位（机头、机尾、转载点或溜煤眼）实时监控重点部位的运行状态及运行过程中出现的状况，便于相关地面和井下工作人员及时处理隐患，胶带机启动前通过视频查看，提前发现违规现象，避免事故发生，所述多个功能模块包括可编程序控制器模块、视频模块、通讯模块、音频模块和电源模块，其中所述可编程序控制器模块连接工作面运输设备，控制工作面运输设备的启停。
四、实施效果
该技术2018年12 月在枣矿集团田陈煤矿进行联调、井下设备安装,2019年1月进行整套调试,1月中旬进行试生产,1月下旬投入正常运行,运行状况良好, 实现了割煤、拉架、推溜、自动喷雾计算机程序化控制功能;实现了破碎机、转载机、运输机、割煤机顺序启车,三机联动,采煤机远程记忆功能,实现了工作面采煤设备工况参数的实时监测、传送记录、图形模拟、集中显示和故障诊断功能,确保了各设备间协调、连续、高效、安全运行;保证了乳化液配比浓度,增强了支架使用效果;降低了职工劳动强度,提高了生产效率，实现安全效益：一是节省人力，降低劳动强度。人工操作时，工作面正常作业人员至少需要9人，而使用跟机自动控制，仅需3人。二是简化了操作工序，提高了系统自动化程度。三是保护设备，延长设备使用寿命，保障了职工的生命安全。提高了生产效率，实现综采面的高产高效。四是移架速度比人工操作提高了1倍以上,相应增加了有效生产时间,原每班需要职工20 多人,每天产煤 3000t,现只需职工12人,采面实际操作人员仅需3人; 有效保证了安全生产, 实现了综采工作面无人跟机作业, 从根本上预防了较大人身伤亡事故的发生。自动化工作面的成功应用，是采煤技术革新的一次巨大变化，带来可观的经济效益。
参考文献：
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[2] 葛世荣等;基于地理信息系统的采煤机定位定姿技术研究[J];煤炭学报;2015，40（11）：2503-2508
[3] 葛世荣智能化采煤装备的关键技术[J];煤炭科学技术；2014年09期；7-11；
[4]张科利等，互联网+煤矿开采大数据技术研究与实践[J];煤炭科学技术；2016年07期；123-127；
作者简介：任士鹏（1976.11--），男，山东枣庄人，大学文化，?助理工程师， 毕业于山东科技大学地质测量专业，一直从事煤矿技术工作，现任山东能源枣庄矿业(集团)有限责任公司田陈煤矿工会生产部部长。
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论文作者:任士鹏
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年24期
论文发表时间:2020/3/4
标签：工作面论文; 井下论文; 控制系统论文; 煤矿论文; 井上论文; 主机论文; 技术论文; 《工程管理前沿》2019年24期论文;