基于无线传输的采煤工作面自动化监控系统

齐卫东 赵 强 庞 静 王文婷 刘 娜

(1.枣庄矿业集团公司蒋庄煤矿，山东省滕州市，277519；2.枣庄矿业集团公司科技处，山东省枣庄市，277000；3. 山东煤矿安全技术培训中心, 山东省枣庄市,277000；4.枣庄矿业集团公司供电工程处，山东省枣庄市,277011)

基于无线传输的采煤工作面自动化监控系统

齐卫东1赵 强1庞 静2王文婷3刘 娜4

(1.枣庄矿业集团公司蒋庄煤矿，山东省滕州市，277519；2.枣庄矿业集团公司科技处，山东省枣庄市，277000；3. 山东煤矿安全技术培训中心, 山东省枣庄市,277000；4.枣庄矿业集团公司供电工程处，山东省枣庄市,277011)

分析了综采工作面自动化控制现状，指出了综采工作面自动化控制存在的问题，针对目前综采工作面有线信号传输的弊端，设计了基于漏泄电缆传输的综采工作面自动化监控系统。自动化监控系统将自动化控制、语音、视频多信息融合，能够有效减少现场作业人员、提高设备运行效率，具有很大的可靠性。

综采工作面 漏泄通信 多信息融合 自动化监控

AbstractThe current situation of automatic control of fully mechanized work face was analyzed, pointing out the existing problems and the disadvantages of the current wired signal transmission of fully mechanized work face, the automatic monitoring system based on the leakage cable transmission of fully mechanized work face was designed, the automatic monitoring fuses control, voice and video information could effectively reduce the number of in-situ operating persons, improve the efficiency of equipment operation and has favorable reliability.

Keywordsfully mechanized work face, communication leakage, multi-information fusion, automated monitoring

我国煤炭生产多数通过井工煤矿开采，主要采用综合机械化采煤工艺，工作面布置有液压支架、采煤机、可弯曲刮板输送机、转载机、破碎机、带式输送机等主要机电设备及其辅助设备，完成煤炭生产过程。多年来，针对综合机械化采煤设备自动化控制技术课题，不少科研院所、生产厂家做了大量研究、试制工作，但由于多数井工煤矿煤炭赋存条件复杂，目前工作面实现无人化或者全面自动化还有一定局限性。但无论是《煤矿安全规程》(2016版)、《煤矿安全生产标准化基本要求及评分方法》(2017版)等标准法规文件对采煤工作面机电设备预警、通讯等功能的要求，还是采煤工作面要求实现少人化、提高机电设备安全运行效率的内在需求，采煤工作面实现一定程度上的自动化监控还有很大的必要性。

目前，国内公司研发生产的采煤工作面集中通讯控制系统均采用多芯电缆有线传输方式来解决分布式通讯控制分站通信问题，多芯有线电缆布置于采煤工作面和两巷道沿线，受巷道、顶底板、设备空间等采场因素影响，有线电缆故障率高、使用可靠性上受到了一定限制。基于此，本文对无线自动化监控系统进行了分析，解决了煤矿井下无线通信无盲区数据传输技术难题，实现了采煤工作面设备生产工艺自动化监控。

1 无线传输方式选择设计

1.1 无线传输方式选择

采煤工作面通讯控制分站较多，为减少工作面及巷道线缆，采取无线传输方式解决采煤工作面自动化控制可靠性问题，实现多信息集中传输。目前，我国煤矿无线通信传输方式主要是分布式分站和全线漏泄电缆传输两种。分布式分站传输方式占用分站多、传输距离短、维护困难，很难在井下全面推广使用；全线漏泄电缆传输分式是将漏泄电缆布置在巷道中，具有一定的自由空间，只需定距离安装中继器即可实现无盲区传输，占用设备少，具有无可比拟的优越性。

1.2 无线漏泄传输原理

漏泄电缆是一种特殊结构的同轴电缆，通过外导体上的钻孔孔槽将电磁波漏泄出来,可与收、发信机进行无线通信，传输特性与同轴电缆相似。漏泄通信利用漏泄电缆作为无线传输信道，将采煤工作面控制分站、语音报警装置、电气闭锁装置和无线视频装置有机融合，通过收、发无线传输装置，实现控制、语音、视频等多信息集成传输。漏泄通信电磁波工作于数兆赫兹到数百兆赫兹的频段，在井下巷道短距离无线传输中，受环境影响小，能够适用于煤矿井下巷道环境。

1.3 无线控制指令传输

采煤工作面安装有液压支架、可弯曲刮板输送机、采煤机、液压泵站、转载机、破碎机、带式输送机等多种生产机电设备，无线控制手持机是采煤工作面自动化控制的关键设备。无线手持机根据需要设定各种控制键，控制键采用双音多频 DTMF(Dual Tone Multi Frequency)原理传输指令。双音多频由高频群和低频群组成，高、低频群各包含4种频率，任意两个高、低频信号叠加组成一个无线传输信号，代表一个控制指令，每一个指令可由主控制器进行定义，例如指令1可定义为可弯曲刮板输送机启动、指令2可定义为可弯曲刮板输送机停止等等。DTMF指令有16个编码，分别代表不同的控制指令和控制功能。DTMF发生器基于两个二阶数字正弦振荡器，一个用于产生行频，一个用于产生列频，主控器采用DSP，装载相应的系数和初始条件，可以只用两个振荡器产生所需的八种音频信号。双音多频的拨号键盘采用4×4的矩阵，每按一个键就发送一个高频和低频的正弦信号组合，主控制器可以解码这些频率组合并确定所对应的按键。

2 无线自动化监控系统方案设计

无线自动化监控系统采用湖北沙鸥通信股份有限公司研制生产的KTL129X可视化漏泄通信系统，可实现采煤工作面自动化监控功能，系统结构如图1。信号主台、采煤面主控制器、监视器等主要部件安装在采煤工作面设备列车处，全部以漏泄通信电缆为传输介质，采煤工作面系统所有控制、语音、视频信息通过漏泄电缆上行传输到KTL129X信号主台，信号主台将所有视频信息解析到监视器进行显示；采煤工作面采煤机、可弯曲刮板输送机、液压泵站等布置在设备列车处的磁力启动器开关控制信息由信号主台解析到以可编程控制器为中心的采煤面主控制器，桥式刮板输送机、带式输送机等布置在运输巷道的磁力启动器开关控制信息有信号主台解析到漏泄电缆下行传输到各信号分台，实现采煤工作面系统设备集中控制；安装在采煤工作面设备列车处的KTL129X-C信号主台和采煤工作面沿线的KTL129X-J信号分台，对漏泄电缆传输系统中语音、控制、视频信号进行滤波、隔离、解调、处理，并显示和控制相应的设备，完成采煤工作面系统设备的监控。漏泄电缆覆盖采煤工作面及两个巷道，可延伸到其他任何地点，在需控制的桥式刮板转载机、破碎机、带式输送机等磁力启动器处安装KTL129X-J信号分台，需监控的重点场所安装KTL129X-SF无线摄像仪，工作面每隔30 m安装无线语音报警音箱，手持机具有喊话和音响功能。

2.1 采煤工作面设备集中控制模式

采煤工作面及辅助运输人员每人配备手持机一台，实现所有手持机、信号分台之间全域通信。根据采煤工作面机电设备自动控制要求，可分为集中控制和就地控制两种方式，集中控制方式通过手持机实现，被授权的手持机通过单键、组合键操作，实现采煤机开停、可弯曲刮板输送机双速双机自动切换启停、转载机启停、破碎机启停、多部带式输送机启停等多种功能，可根据各种运输设备的货载情况，实现顺煤流、逆煤流等灵活启停方式，集中控制具有联控、单控、点控等选择方式。漏泄电缆终端安装有断线检测装置，漏泄通信主控制器一旦检测到漏泄电缆断线，全线设备立即处于停止状态。手持机具有紧急停止按键，一旦按下，全线设备立即处于停止状态。一旦漏泄通信系统失效或检修需要，可退出无线集中控制方式，采煤机等设备即可采取原动力电缆中的控制芯线实现就地控制方式。

图1 采煤工作面自动化监控系统图

2.2 采煤工作面通讯功能实现

所有工作面作业人员均持有手持机，能够相互进行群体通话对讲。工作面沿线每隔30 m挂接一台无线语音广播，能够广播作业人员通话、机电设备启动、停止警示信号。无线通信广播同时具备喊话、急停功能按钮。

2.3 采煤工作面视频监控功能实现

无线漏泄自动化监控系统具有多路视频传输功能，根据视频监控需要，可在采煤机、输送机转载处等重要地点安装KTL129X-SF无线摄像仪及发送装置，利用漏泄电缆传输至KTL129X-C信号主台，多路解析至防爆监视器，实现采煤工作面全煤流系统的视频监控。遇到卡矸石、煤流混杂长料、机械故障等意外情况时，可实现人工紧急停车。防爆监视器可利用井下工业以太网将采煤工作面视频传输至地面调度室，实现地面对采煤工作面生产情况的监视。

3 结论

当前，我国多数井工煤矿采煤工作面受煤层赋存条件影响和设备可靠性限制，采煤工作面设备流程控制基本上还处于人工经验操作方式上，有线传输、多线传输信号的模式还不能满足可靠性要求。研发采用以漏泄电缆为传输介质的工作面无线自动化监控系统，能够减少工作面多芯有线电缆，解决煤矿井下无线通信无盲区数据传输技术难题，实现采煤工作面设备生产工艺的自动化监控，减少现场作业人员，提高复杂作业空间的本质安全化程度，具有重要的现实意义。

[1] 陈湘源. 煤矿无线通信系统的现状与发展[J].工矿自动化，2009(1)

[2] 刘占飞.薄煤层采煤机自动化控制技术与实践 [J].中国煤炭,2014(8)[3] 国家安全生产监督管理总局.煤矿安全规程[M].北京：煤炭工业出版社，2016

[4] 国家煤矿安全监察局.煤矿安全生产标准化基本要求及评分办法[M].北京：煤炭工业出版社，2017

(责任编辑 张艳华)

Automaticmonitoringsystemforcoalminingfacebasedonwirelesstransmission

Qi Weidong1, Zhao Qiang1, Pang Jing3, Wang Wenting3, Liu Na4

(1. Jiangzhuang Coal Mine, Zaozhuang Mining Industry Group Limited Company, Tengzhou, Shandong 277519, China; 2. Science and Technology Department, Zaozhuang Mining Industry Group Limited Company, Zaozhuang, Shandong 277000, China; 3.Shandong Coal Mine Safety Technology Training Center, Zaozhuang, Shandong 277000, China; 4. Power Supply Engineering Department, Zaozhuang Mining Industry Group Limited Company, Zaozhuang, Shandong 277011, China)

TD67

A

齐卫东，赵强，庞静等.基于无线传输的采煤工作面自动化监控系统[J].中国煤炭，2017,43(9)：90-92. Qi Weidong, Zhao Qiang, Pang Jing, et al.Automatic monitoring system for coal mining face based on wireless transmission[J]. China Coal, 2017，43(9):90-92.

齐卫东(1969-)，男，山东单县人，工学硕士，高级工程师，从事煤矿安全工程管理与技术研究工。