遠程控制系統在薄煤層掘進機中的應用

李 健

(山西焦煤 西山煤電 西銘礦,山西 太原 030052)

0 引言

我國的煤炭儲量比較豐富，中厚煤層主要分布在西部大型煤礦，開采效率高，技術相對比較成熟；東部煤礦的開采程度較高，中厚煤層逐漸被開采，遺留的薄煤層開采難度大、開采效率也較低。薄煤層指的是1.3 m以下的煤層，占全國煤炭儲量的20%，由于適應薄煤層的開采設備受到技術限制，開采效率低，且容易發生事故。薄煤層開采面臨的主要問題是開采高度低、掘進率高、地質構造復雜、投資大。為提高薄煤層開采效率，提高綜采設備在薄煤層中的應用程度，研究了一套遠程控制系統。

1 遠程控制系統結構

綜采自動化遠程控制系統結構如圖1所示，整套遠程控制系統由主機、綜合接入器、光電轉換器、交換機、攝像儀和TH12操作臺等部分組成。按照設備的分布情況，分為地面部分、順槽集控中心部分和采場部分。液壓支架和掘進機都有專用控制專線連接至順槽集控中心，綜合接入器將電源箱、攝像儀、無線天線等現場設備集合起來，通過井下環網、光電轉換器、網絡交換機等網絡設備將數據發送至順槽的數據處理中心。

監控主機是煤礦專用的高性能服務器，它將數據處理中心、TH12操作臺傳輸的數據接收、解碼、存儲和顯示，還能響應地面調度室的指令，提供信息給調度人員。

綜采綜合接入器接入了多種信息，包括視頻信息、以太網、WIFI等，具體的配置可根據工作面實際情況進行設計，一般沿工作面方向每隔數個支架安裝一臺。每臺綜采綜合接入器之間通過連接器網口串聯，綜采綜合接入器之間通過鎧裝電纜傳遞電信號，端頭和端尾的采集器具有壓力監測和環境監測等功能，并通過光電轉換器將電信號轉換為光信號，形成閉合以太網。

光電轉換器的作用是將綜合接入器傳輸的電信號在端頭和端尾轉換為光信號，相比于電信號傳輸，光信號的衰減更慢，傳輸距離也更遠，這樣就可以大大擴展以太網的覆蓋范圍，提高網絡兼容性。

網絡交換機將運輸巷帶式輸送機、供液系統、供電系統和數據處理中心連接起來，實現三層路由功能。一方面提高局域網內各子網的數據交換能力，另一方面也是工作面以太網和礦井以太網的關鍵接口設備。

薄煤層工作面對于現場攝像儀的要求較高，必須具備體積小、重量輕、安裝便捷的特點。除此以外，所拍攝的現場視頻應具有較高分辨率，在低照度的工作面或順槽等位置能清晰捕捉關鍵視頻信息。視頻捕捉后進行壓縮、編碼和打包，通過綜合接入器上傳至工業以太網。

TH12操作臺是順槽集控中心的主要設備之一，在綜采自動化系統、電液控制系統、三機、泵站和掘進機自動控制系統中均有應用，其中B型操作臺用于視頻監視器控制、液壓支架動作控制和掘進機遠程控制，C型操作臺用于三機、泵站和掘進機遠程控制。

2 順槽集控中心

2.1 液壓支架遠程操作

液壓支架遠程操作由順槽集控中心的支架控制臺實現，型號為TH12B，該操作臺的工作狀態有3種：①空閑狀態，在這種狀態下液壓支架采用智能就地控制，順槽集控中心沒有操作權限；②遠控狀態，這種狀態是過渡狀態，此時正在申請遠程操作權限，但是還無法實現遠程控制；③遠控授權狀態，此時獲得了遠程控制的操作權限，可以開始進行遠程控制。遠程支架操作分為單動動作、成組動作、跟機動作和視頻切換這幾種。單動動作有降柱抬底、移架抬底、頂板側護板的伸收、伸縮梁的伸收、平衡千斤頂的伸收、移架推溜和升降立柱7種；成組動作有成組拉溜、成組推溜、成組伸伸縮梁、成組收伸縮梁、成組伸護幫板、成組收護幫板、成組伸前梁、成組收前梁和成組自動移架；跟機隨動動作有3種，分別是跟機收護幫護頂、跟機移架和跟機推溜。還有各種視頻切換功能，可以根據需要觀看任意一架攝像儀上傳的視頻，還可快速切換到機頭和機尾，具有分屏觀看和全屏觀看功能。

圖1 遠程控制系統結構圖

2.2 掘進機遠程操作

掘進機遠程操作由順槽集控中心的掘進機控制臺實現，該控制臺不僅可實現掘進機遠程控制，還能對泵站進行控制。操作臺和三機集控主機之間的通信通過RS232進行，是掘進機和三機遠控操作的輸入源。掘進機控制臺的操作分為總控區、三機集控區、泵站集控區和掘進機控制區?？偪貐^可以實現三機的總啟動、總停止，還能實現液壓支架操作臺和掘進機操作臺之間的切換。三機集控區控制工作面三機設備的工作，可實現單獨啟停和順序系列啟停，可控設備有皮帶機、轉載機、破碎機和前后部溜子等。泵站區可控制水泵和液壓泵的啟停。掘進機區實現對掘進機的工作狀態轉換。掘進機遠程遙控系統如圖2所示。

圖2 掘進機遠程遙控系統

3 系統軟件

系統主機是系統軟件的載體，分布在地面、順槽兩個位置，所有地面的客戶端都要通過地面服務器與井下物聯網相連，井下的隔爆主機、自動化主機將信息傳遞給視頻監控主機。本遠程控制系統采用TM.LongWallMind作為系統軟件，包括主頁面、支架頁面、掘進機頁面3大部分。

(1) 主頁面。運行系統軟件后即進入主頁面，該頁面顯示了綜采工作面的設備和工作狀態的關鍵信息，包括生產模式、工作面壓力、掘進機作業圖、立柱壓力表、推溜行程表、水泵和液壓泵的變頻器信息、掘進機工作狀態、三機工作狀態、工作面閉鎖信息、工作面現場視頻和故障報警信息等。

(2) 支架頁面。支架頁面主要顯示液壓支架的相關信息，包括三維礦壓圖形、工作面推進度示意圖和狀態顯示等。還可以點擊“跟機控制”，通過啟停按鈕選擇是否跟機，通過點擊“單架壓力”查詢某個支架的歷史壓力，通過壓力變化情況判斷工作面頂板壓力。

(3) 掘進機頁面。掘進機頁面主要顯示掘進機的相關信息，包括：掘進機運行狀態和通信狀態，記憶采高變化曲線和記憶臥底曲線，掘進機循環作業曲線，掘進機移動方向，速度和位置等狀態信息，跟機支架的智能檢測功能，自動割煤記憶模式。

4 結束語

針對薄煤層的賦存特征，研究了遠程控制系統在薄煤層綜采工作面中的應用。該系統由主機、綜合接入器、光電轉換器、交換機、攝像儀和TH12操作臺等部分組成。通過順槽集控中心的液壓支架操作臺和掘進機操作臺，實現對掘進機、泵站、三機的遠程控制。通過監控主機的系統軟件，對綜采工作面關鍵信息進行實時顯示和監控，提高了井下無人化程度。