王曉亮

（山西汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司雙柳煤礦，山西 柳林 033300）

引言

近些年來，隨著綜采技術(shù)不斷提升，單一綜采工作面煤炭推進(jìn)速度、開采量不斷提升[1-2]。但是煤礦井下綜采工作面內(nèi)存在有瓦斯、粉塵等危險(xiǎn)因素，減少作業(yè)人員數(shù)量對(duì)提升綜采工作面安全生產(chǎn)保證能力具有重要意義。將智能化技術(shù)應(yīng)用到綜采工作面是實(shí)現(xiàn)減人增效的重要舉措之一[3-4]。

1 工程概況

山西某礦為設(shè)計(jì)生產(chǎn)300萬t/年的現(xiàn)代化礦井，主采煤礦有3號(hào)、5號(hào)、9號(hào)、11號(hào)等煤層。3506綜采工作面回采5號(hào)煤層，煤層厚度平均2.2 m，頂?shù)装鍘r性以泥巖、粉砂巖為主，煤層賦存穩(wěn)定，地質(zhì)條件較為簡(jiǎn)單。采面雖然已實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化生產(chǎn)，但是現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中仍存在下述問題：采面內(nèi)安裝的視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在盲區(qū)；液壓支架跟機(jī)結(jié)果需要人工判定并手動(dòng)校正；采煤機(jī)截割煤壁是否平直需要人工觀測(cè)確定[5-7]。上述問題均與監(jiān)控系統(tǒng)、采煤機(jī)、液壓支架等設(shè)備巡檢密切相關(guān)。為此，文中提出一種工作面智能化巡檢系統(tǒng)，以便解決上述問題。

2 綜采工作面智能化巡檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

綜采工作面內(nèi)使用的系統(tǒng)包括有采煤機(jī)割煤系統(tǒng)、液壓支架電控系統(tǒng)、泵站子系統(tǒng)、三機(jī)子系統(tǒng)等。為了滿足綜采設(shè)備自動(dòng)化控制需要，并提高采面安全生產(chǎn)能力，通常綜采工作面布置有視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)。文中提出的智能化巡檢系統(tǒng)仍以綜采工作面內(nèi)已有的系統(tǒng)為基礎(chǔ)構(gòu)建，具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在綜采工作面已有的自動(dòng)化系統(tǒng)中增加巡檢子系統(tǒng)，并在巡檢子系統(tǒng)中增加圖像識(shí)別算法、軌跡測(cè)繪算法以及三維點(diǎn)云算法。依據(jù)獲取到的綜采設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)并結(jié)合相關(guān)算法計(jì)算成果，系統(tǒng)通過通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送指令給采煤機(jī)割煤、液壓支架電控系統(tǒng)，從而調(diào)整工作面內(nèi)綜采設(shè)備運(yùn)行。

2.2 巡檢子系統(tǒng)

具體綜采工作面內(nèi)布置的巡檢子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2所示。巡檢子系統(tǒng)由3個(gè)巡檢機(jī)器人構(gòu)成，主要用于三維測(cè)繪、采煤機(jī)跟機(jī)以及刮板輸送機(jī)跟機(jī)巡檢。3個(gè)巡檢機(jī)器在工作面內(nèi)按照預(yù)先鋪設(shè)的可以彎曲的軌道在運(yùn)行。

圖2 巡檢子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

三維測(cè)繪機(jī)器人通過激光雷達(dá)實(shí)時(shí)獲取煤壁與機(jī)器人間距離，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果繪制采面煤壁三維圖像，為后續(xù)的采煤割煤提供數(shù)據(jù)支撐；刮板輸送機(jī)跟機(jī)巡檢機(jī)器人以慣導(dǎo)裝置為支撐，順著刮板輸送機(jī)邊緣移動(dòng)，根據(jù)測(cè)量結(jié)果得到刮板輸送機(jī)彎曲狀態(tài)；采煤機(jī)跟機(jī)巡檢機(jī)器人布置在采煤機(jī)上，用以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)以及運(yùn)行位置。

2.3 智能巡檢系統(tǒng)功能

在綜采工作面內(nèi)布置的智能巡檢系統(tǒng)是綜采設(shè)備自動(dòng)化控制補(bǔ)充，具體功能體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。依據(jù)采煤機(jī)運(yùn)行速度信息、位置信息等參數(shù)設(shè)定采煤機(jī)跟機(jī)巡檢機(jī)器人與采煤機(jī)間位置，從而實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)根機(jī)巡檢機(jī)器人隨著采煤機(jī)自動(dòng)運(yùn)行。通過巡檢機(jī)器人上隨機(jī)布置的高清攝像頭對(duì)采煤機(jī)滾筒割煤情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，監(jiān)控畫面通過工作面內(nèi)布置的通信網(wǎng)絡(luò)上傳至地面監(jiān)控中心，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心實(shí)時(shí)掌握采煤機(jī)運(yùn)行狀況。

2）刮板輸送機(jī)彎曲度實(shí)時(shí)測(cè)定。刮板輸送機(jī)巡檢機(jī)器人通過慣導(dǎo)裝置沿著刮板輸送機(jī)運(yùn)行，巡檢機(jī)器人行走路線即為刮板輸送機(jī)在采面內(nèi)的鋪設(shè)路線。通過實(shí)時(shí)獲取巡檢機(jī)器人運(yùn)行數(shù)據(jù)即可掌握刮板輸送機(jī)彎曲度。刮板輸送機(jī)彎曲度測(cè)量結(jié)果與液壓支架根機(jī)動(dòng)作結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，可獲跟機(jī)動(dòng)作偏差量，并將該偏差量作為下次刮板輸送機(jī)推移量數(shù)據(jù)參考值。通過不斷體征液壓支架根機(jī)動(dòng)作即可不斷調(diào)整刮板輸送機(jī)彎曲度，最終實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)平直。

3）采面煤壁三維測(cè)繪。采用三維測(cè)繪機(jī)器人繪制采煤煤壁三維圖像，測(cè)繪機(jī)器人沿著刮板輸送機(jī)運(yùn)行，通過隨機(jī)安裝的激光雷達(dá)不斷掃描工作面煤壁，通過激光速度、激光反射時(shí)間即可知道煤壁與激光雷達(dá)間距離。系統(tǒng)內(nèi)置的三維點(diǎn)云智能算法會(huì)依據(jù)距離測(cè)定結(jié)果繪制煤壁三維圖像。通過分析煤壁三維圖像內(nèi)不同位置點(diǎn)云分布偏差，即可掌握煤壁平直程度，以便為后續(xù)采煤機(jī)割煤參數(shù)調(diào)整提供借鑒。

2.4 主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

在3506綜采工作面使用智能巡檢系統(tǒng)為綜采設(shè)備監(jiān)控以及采面找直提供了一種智能方法，通過各類巡檢機(jī)器人可實(shí)時(shí)獲取煤壁、刮板輸送機(jī)平直情況、采煤機(jī)運(yùn)行參數(shù)以及運(yùn)行畫面。采用巡檢系統(tǒng)內(nèi)置的智能算法，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)智能判定、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員手動(dòng)授權(quán)，綜采設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整的生產(chǎn)局面。通過在綜采工作面布置智能巡檢系統(tǒng)可進(jìn)一步減少工作面人員數(shù)量，提升綜采設(shè)備智能化水平。

3 結(jié)語

通過在綜采工作面內(nèi)使用智能化巡檢系統(tǒng)，為綜采工作面煤壁以及三機(jī)找直提供了一種新的技術(shù)方法，該方法具有較高的智能化水平，通過布置的巡檢機(jī)器人、智能算法即可實(shí)時(shí)掌握煤壁、刮板輸送機(jī)平直狀態(tài)、采煤機(jī)工作狀態(tài)。通過監(jiān)測(cè)、巡檢獲取到的刮板輸送機(jī)彎曲度，結(jié)合液壓支架推移量等參數(shù)，通過控制液壓支架推移量即實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)平直。在3506綜采工作面現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，智能巡檢系統(tǒng)可在一定程度上提升綜采工作面智能化水平，并在一定程度上減少采煤作業(yè)面作業(yè)人員數(shù)量。