李培之

一、創(chuàng)新原因

根據(jù)國家安全監(jiān)督管理局、國家煤礦安監(jiān)局印發(fā)的《煤礦安全生產(chǎn)“十三五”規(guī)劃》要求：實(shí)現(xiàn)煤礦機(jī)械化信息化升級(jí)改造，建設(shè)一批掘錨一體化工作面，加快煤礦機(jī)械化改造，鼓勵(lì)無人值守和遠(yuǎn)程控制。張雙樓煤礦2020年全面推廣使用綜掘機(jī)遠(yuǎn)程視頻控制系統(tǒng)。對(duì)9201材料道EBZ-200綜掘機(jī)進(jìn)行改造增加遠(yuǎn)程視頻控制系統(tǒng)。利用全方位的先進(jìn)傳感探測(cè)技術(shù)，把操作工位撤離到遠(yuǎn)離危險(xiǎn)的安全區(qū)域，有利于防范人身事故，有利于提高生產(chǎn)效率。

二、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

（一）工作環(huán)境清晰可視化。為了在遠(yuǎn)程操作時(shí)能夠看清現(xiàn)場(chǎng)情況，系統(tǒng)采用了6臺(tái)先進(jìn)的視頻攝像設(shè)備，在掘進(jìn)機(jī)兩邊及尾部裝置超高清攝像儀，用于操作人員觀察掘進(jìn)機(jī)四周環(huán)境，防止有突然闖入人員或設(shè)備偏離故障發(fā)生;由于在掘進(jìn)工作面位置具有極高的粉塵和水霧存在，普通高清攝像儀無法清晰看清掘進(jìn)斷面和截割部位置，所以在掘進(jìn)工作面迎頭方向同時(shí)配置有超高清攝像儀和長波段感知雷達(dá)攝像儀，通過該組合攝像儀，可以清晰觀察到掘進(jìn)工作面迎頭斷面以及截割部的工作狀態(tài);現(xiàn)場(chǎng)清晰可視化為綜掘機(jī)遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了必要的保障。

（二）控制系統(tǒng)電氣化。目前掘進(jìn)機(jī)大多采用手動(dòng)液壓控制方式實(shí)現(xiàn)設(shè)備操作，對(duì)設(shè)備的無人化操作、自動(dòng)化改造造成嚴(yán)重制約。本系統(tǒng)通過更換掘進(jìn)機(jī)上原有的手動(dòng)液壓系統(tǒng)，升級(jí)為可以手動(dòng)、電動(dòng)兩用的液壓系統(tǒng)，為掘進(jìn)機(jī)的遠(yuǎn)程操作和自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)提供了方便。

（三）多渠道傳輸方式。系統(tǒng)由于作業(yè)操作人員的遠(yuǎn)撤，操作工位遠(yuǎn)離掘進(jìn)工作面，現(xiàn)場(chǎng)的視頻、設(shè)備參數(shù)、環(huán)境參數(shù)可以通過光纜、局域網(wǎng)絡(luò)、無線等多種方式傳輸數(shù)據(jù)和控制命令，方便掘進(jìn)工作面的施工。

（四）高穩(wěn)定、高可靠的操控系統(tǒng)。系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸均采用閉環(huán)控制方式，傳輸方式為雙7向。通過數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議中的握手信號(hào)，判斷發(fā)出指令的執(zhí)行可靠性，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停止執(zhí)行動(dòng)作并發(fā)出故障報(bào)警，避免發(fā)生設(shè)備損壞和嚴(yán)重危害礦井安全的重大事故。

二、創(chuàng)新項(xiàng)目的優(yōu)點(diǎn)

（一）電液控制系統(tǒng)。液壓控制系統(tǒng)包含控制箱、電動(dòng)液壓閥?？刂葡鋬?nèi)部設(shè)置一套完整的液壓控制系統(tǒng)和一套電氣控制系統(tǒng)，該液壓控制系統(tǒng)獨(dú)立于掘進(jìn)機(jī)有兩種控制模式（遠(yuǎn)程電控/本地電控）通過遠(yuǎn)程電控實(shí)現(xiàn)異地操控，本地電控用于自檢調(diào)試。將控制箱安裝在EBZ系列掘進(jìn)機(jī)的駕駛員座位下邊的空間內(nèi)。同時(shí)將控制箱內(nèi)的開關(guān)量控制信號(hào)對(duì)應(yīng)接入原掘進(jìn)機(jī)控制電路，實(shí)現(xiàn)兩地同步控制通過切換按鍵實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)原本機(jī)操控/無線遙控/遠(yuǎn)程電控三種模式的操控，三種操縱模式互不干擾。

（二）視頻監(jiān)控系統(tǒng) 。為了能在遠(yuǎn)程控制時(shí)清晰地監(jiān)控到掘進(jìn)工作面及掘進(jìn)機(jī)的整體狀況，系統(tǒng)設(shè)置若干臺(tái)攝像機(jī)。其中在掘進(jìn)機(jī)前端設(shè)置1臺(tái)專業(yè)透塵攝像機(jī)和1臺(tái)高清攝像機(jī)，用于在粉塵水霧環(huán)境下觀測(cè)掘進(jìn)機(jī)切割頭及掘進(jìn)工作面的狀態(tài)。在掘進(jìn)機(jī)本體部分前端兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)高清攝像機(jī)，用于全方位觀察鏟板及鏟板上兩個(gè)星輪的運(yùn)作情況。在掘進(jìn)機(jī)本體上方設(shè)置一個(gè)高清攝像機(jī)，用于全方位觀察刮板機(jī)的運(yùn)作情況。在掘進(jìn)機(jī)尾部一個(gè)高清攝像機(jī)，用于全方位觀察掘進(jìn)機(jī)兩側(cè)周邊的狀況，以便倒車時(shí)確認(rèn)掘進(jìn)機(jī)和巷道壁兩側(cè)的距離，及掘進(jìn)機(jī)和運(yùn)輸皮帶機(jī)之間的距離?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境惡劣，攝像機(jī)除本身的防爆護(hù)罩外，均加裝抗沖擊避震護(hù)罩。

（三）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。為了能夠遠(yuǎn)程操作時(shí)了解掘進(jìn)機(jī)壓力參數(shù)，在多路閥上的加裝兩個(gè)壓力傳感器，和原壓力表并聯(lián)安裝。

（四）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。遠(yuǎn)程操作端和掘進(jìn)機(jī)控制箱之間通過光端機(jī)以及光纜傳輸數(shù)據(jù)和操控信號(hào)，光纜順沿掘進(jìn)機(jī)的主電纜方向布線，最遠(yuǎn)傳輸距離300米。

（五）無線遙控系統(tǒng)。系統(tǒng)的無線遙控端采用2.4G無線信號(hào)，具有傳輸穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。同時(shí)遙控器裝置內(nèi)部采用MCU，結(jié)合軟件算法，對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)編解碼和故障分析。軟件系統(tǒng)通過分析掘進(jìn)機(jī)操縱流程，對(duì)相關(guān)動(dòng)作進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)操作動(dòng)作的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排隊(duì)，屏蔽錯(cuò)誤操作動(dòng)作，防止誤操作。無線遙控裝置無線信號(hào)穩(wěn)定、操作可靠，適合掘進(jìn)機(jī)的人機(jī)分離操作。

無線遙控裝置小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)部采用本質(zhì)安全型可充電電池供電，能夠滿足20小時(shí)左右正常供電。

（六）遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)。遠(yuǎn)程操作端為本安裝置。該操作端設(shè)置一套和掘進(jìn)機(jī)操作手柄完全一致的操縱桿，用于在遠(yuǎn)端直接操作;遠(yuǎn)程操作端同時(shí)設(shè)置了距離顯示裝置，直觀顯示掘進(jìn)機(jī)在運(yùn)行過程中的距離方位。同時(shí)掘進(jìn)機(jī)液壓壓力表也通過電傳數(shù)顯在遠(yuǎn)端操作端上顯示。為了直觀顯示掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行過程中的全方位視頻圖像，設(shè)置兩臺(tái)防爆液晶顯示器。操作人員可以在遠(yuǎn)端直接觀察現(xiàn)場(chǎng)全方位圖像。

三、主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)

（一）KXJ127礦用隔爆兼本安型控制箱。KXJ127礦用隔爆兼本安型控制箱是與遙控器配合使用。當(dāng)操作遙控器時(shí)，對(duì)應(yīng)的端子輸出DC24V電壓，控制電磁閥動(dòng)作。同時(shí)能接入2路0-5V電壓型壓力傳感器，將壓力數(shù)據(jù)反饋給遙控器。

（二）FYF10礦用本安型遙控器。FYF10礦用本安型遙控器是一種給煤礦井下配套礦用隔爆兼本安型液壓裝置控制箱使用的設(shè)備。通過無線遙控礦用隔爆兼本安型液壓裝置控制箱，達(dá)到遠(yuǎn)程控制防爆線圈的功能。

（三）手自一體化礦用防爆多路電磁液壓換向閥組件。手自一體化礦用防爆多路電磁液壓換向閥組件由DTMZ1-12FYC礦用澆封型閥用電磁鐵及手自一體化礦用液壓換向閥組成。用于工程機(jī)械電液控制，控制液壓油缸或馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)方向和速度。它具有電控、液控和手動(dòng)操作等功能，可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，且不受負(fù)載變化影響。負(fù)載敏感特性可使多路執(zhí)行元件同時(shí)并相互獨(dú)立地以不同的速度和壓力工作，直至達(dá)到泵源的最大流量為止。

（四）礦用隔爆型監(jiān)視器。JBY127礦用隔爆型監(jiān)視器是一種大屏幕顯示的隔爆型監(jiān)視器，由于內(nèi)部采用了22寸彩色液晶顯示器，為井下多畫面大屏顯示及井下視頻會(huì)議系統(tǒng)提供了必要的技術(shù)支持。

（五）礦用本安型攝像機(jī)（透塵）。KBA12礦用本安型攝像儀是一種煤礦井下防爆監(jiān)控系統(tǒng)作為圖像采集用的防爆終端設(shè)備。具有低照度，高清晰，功耗低的特點(diǎn)。攝像儀具有無線信號(hào)輸出、視頻信號(hào)輸出和視頻光信號(hào)輸出，三種傳輸方式。用于有瓦斯、煤塵爆炸危險(xiǎn)的礦井。通過自帶的輔助照明在下全黑無光的惡劣環(huán)境下，可以獲得清晰的視覺圖像。

（六）礦用隔爆型光端機(jī)。KTG127礦用隔爆型光端機(jī)能夠把其他視頻信號(hào)采集設(shè)備傳來的圖像信號(hào)加以處理，ST單模光信號(hào)方式輸入轉(zhuǎn)化到全電視視頻信號(hào)輸出到到監(jiān)視器清晰地顯示出來。

四、安全創(chuàng)效

煤礦井下掘進(jìn)工作面尚存在著以下問題：1、煤巖粉塵不能完全清除;2、瓦斯管理還不能做到百分百安全可靠;3、落巖管理不能及時(shí)有效支護(hù);由于上述原因掘進(jìn)機(jī)的使用受到了各種限制，有時(shí)只能被迫采用炮掘。而炮掘效率低、用人多、勞動(dòng)強(qiáng)度大。并且隨著我礦開采深度的延伸，沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)不斷增大。對(duì)人員在掘進(jìn)工作面時(shí)的安全隱患始終存在。安全對(duì)于生產(chǎn)管理來說永遠(yuǎn)是第一位的，減少和避免人員傷亡事故發(fā)生最有效的辦法就是生產(chǎn)第一線減員甚至做到無人值守。當(dāng)操作人員遠(yuǎn)撤到遠(yuǎn)端進(jìn)風(fēng)口的安全位置后，即可避免和粉塵直接接觸。即使發(fā)生瓦斯突出、冒頂、粉塵超標(biāo)等突發(fā)事故時(shí)，操作人員可以具備充裕的時(shí)間逃生，避免傷亡事故。遠(yuǎn)程操控的特點(diǎn)是迎頭工作無人化，利用高度機(jī)械化自動(dòng)化設(shè)備取代人力勞動(dòng)節(jié)省開拓成本。在改造前迎頭需正、副司機(jī)、看移動(dòng)機(jī)尾共4人，改造后只需1人在300米外設(shè)警戒，在提高安全性的同時(shí)節(jié)省了人工開支成本。