远程控制系统在薄煤层掘进机中的应用

李 健

(山西焦煤 西山煤电 西铭矿,山西 太原 030052)

0 引言

我国的煤炭储量比较丰富，中厚煤层主要分布在西部大型煤矿，开采效率高，技术相对比较成熟；东部煤矿的开采程度较高，中厚煤层逐渐被开采，遗留的薄煤层开采难度大、开采效率也较低。薄煤层指的是1.3 m以下的煤层，占全国煤炭储量的20%，由于适应薄煤层的开采设备受到技术限制，开采效率低，且容易发生事故。薄煤层开采面临的主要问题是开采高度低、掘进率高、地质构造复杂、投资大。为提高薄煤层开采效率，提高综采设备在薄煤层中的应用程度，研究了一套远程控制系统。

1 远程控制系统结构

综采自动化远程控制系统结构如图1所示，整套远程控制系统由主机、综合接入器、光电转换器、交换机、摄像仪和TH12操作台等部分组成。按照设备的分布情况，分为地面部分、顺槽集控中心部分和采场部分。液压支架和掘进机都有专用控制专线连接至顺槽集控中心，综合接入器将电源箱、摄像仪、无线天线等现场设备集合起来，通过井下环网、光电转换器、网络交换机等网络设备将数据发送至顺槽的数据处理中心。

监控主机是煤矿专用的高性能服务器，它将数据处理中心、TH12操作台传输的数据接收、解码、存储和显示，还能响应地面调度室的指令，提供信息给调度人员。

综采综合接入器接入了多种信息，包括视频信息、以太网、WIFI等，具体的配置可根据工作面实际情况进行设计，一般沿工作面方向每隔数个支架安装一台。每台综采综合接入器之间通过连接器网口串联，综采综合接入器之间通过铠装电缆传递电信号，端头和端尾的采集器具有压力监测和环境监测等功能，并通过光电转换器将电信号转换为光信号，形成闭合以太网。

光电转换器的作用是将综合接入器传输的电信号在端头和端尾转换为光信号，相比于电信号传输，光信号的衰减更慢，传输距离也更远，这样就可以大大扩展以太网的覆盖范围，提高网络兼容性。

网络交换机将运输巷带式输送机、供液系统、供电系统和数据处理中心连接起来，实现三层路由功能。一方面提高局域网内各子网的数据交换能力，另一方面也是工作面以太网和矿井以太网的关键接口设备。

薄煤层工作面对于现场摄像仪的要求较高，必须具备体积小、重量轻、安装便捷的特点。除此以外，所拍摄的现场视频应具有较高分辨率，在低照度的工作面或顺槽等位置能清晰捕捉关键视频信息。视频捕捉后进行压缩、编码和打包，通过综合接入器上传至工业以太网。

TH12操作台是顺槽集控中心的主要设备之一，在综采自动化系统、电液控制系统、三机、泵站和掘进机自动控制系统中均有应用，其中B型操作台用于视频监视器控制、液压支架动作控制和掘进机远程控制，C型操作台用于三机、泵站和掘进机远程控制。

2 顺槽集控中心

2.1 液压支架远程操作

液压支架远程操作由顺槽集控中心的支架控制台实现，型号为TH12B，该操作台的工作状态有3种：①空闲状态，在这种状态下液压支架采用智能就地控制，顺槽集控中心没有操作权限；②远控状态，这种状态是过渡状态，此时正在申请远程操作权限，但是还无法实现远程控制；③远控授权状态，此时获得了远程控制的操作权限，可以开始进行远程控制。远程支架操作分为单动动作、成组动作、跟机动作和视频切换这几种。单动动作有降柱抬底、移架抬底、顶板侧护板的伸收、伸缩梁的伸收、平衡千斤顶的伸收、移架推溜和升降立柱7种；成组动作有成组拉溜、成组推溜、成组伸伸缩梁、成组收伸缩梁、成组伸护帮板、成组收护帮板、成组伸前梁、成组收前梁和成组自动移架；跟机随动动作有3种，分别是跟机收护帮护顶、跟机移架和跟机推溜。还有各种视频切换功能，可以根据需要观看任意一架摄像仪上传的视频，还可快速切换到机头和机尾，具有分屏观看和全屏观看功能。

图1 远程控制系统结构图

2.2 掘进机远程操作

掘进机远程操作由顺槽集控中心的掘进机控制台实现，该控制台不仅可实现掘进机远程控制，还能对泵站进行控制。操作台和三机集控主机之间的通信通过RS232进行，是掘进机和三机远控操作的输入源。掘进机控制台的操作分为总控区、三机集控区、泵站集控区和掘进机控制区。总控区可以实现三机的总启动、总停止，还能实现液压支架操作台和掘进机操作台之间的切换。三机集控区控制工作面三机设备的工作，可实现单独启停和顺序系列启停，可控设备有皮带机、转载机、破碎机和前后部溜子等。泵站区可控制水泵和液压泵的启停。掘进机区实现对掘进机的工作状态转换。掘进机远程遥控系统如图2所示。

图2 掘进机远程遥控系统

3 系统软件

系统主机是系统软件的载体，分布在地面、顺槽两个位置，所有地面的客户端都要通过地面服务器与井下物联网相连，井下的隔爆主机、自动化主机将信息传递给视频监控主机。本远程控制系统采用TM.LongWallMind作为系统软件，包括主页面、支架页面、掘进机页面3大部分。

(1) 主页面。运行系统软件后即进入主页面，该页面显示了综采工作面的设备和工作状态的关键信息，包括生产模式、工作面压力、掘进机作业图、立柱压力表、推溜行程表、水泵和液压泵的变频器信息、掘进机工作状态、三机工作状态、工作面闭锁信息、工作面现场视频和故障报警信息等。

(2) 支架页面。支架页面主要显示液压支架的相关信息，包括三维矿压图形、工作面推进度示意图和状态显示等。还可以点击“跟机控制”，通过启停按钮选择是否跟机，通过点击“单架压力”查询某个支架的历史压力，通过压力变化情况判断工作面顶板压力。

(3) 掘进机页面。掘进机页面主要显示掘进机的相关信息，包括：掘进机运行状态和通信状态，记忆采高变化曲线和记忆卧底曲线，掘进机循环作业曲线，掘进机移动方向，速度和位置等状态信息，跟机支架的智能检测功能，自动割煤记忆模式。

4 结束语

针对薄煤层的赋存特征，研究了远程控制系统在薄煤层综采工作面中的应用。该系统由主机、综合接入器、光电转换器、交换机、摄像仪和TH12操作台等部分组成。通过顺槽集控中心的液压支架操作台和掘进机操作台，实现对掘进机、泵站、三机的远程控制。通过监控主机的系统软件，对综采工作面关键信息进行实时显示和监控，提高了井下无人化程度。