浅谈智能化采煤工作面系统的

浅谈智能化采煤工作面系统的

优化建设与运维方针

张文东

焦作煤业集团赵固（新乡）能源有限责任公司

摘要：煤炭工业作为传统产业，推进煤矿智能化建设是大势所趋，是煤炭行业顺应新一轮工业革命、加快煤炭生产技术变革的难得机遇。目前国内各矿井均在积极开展智能化煤矿建设，其中智能化采煤工作面占据权重高，建设难度大，采煤工作面通过智能化建设，实现“机械化换人、自动化减人、智能化无人（少人）”，把职工从繁重的体力劳动中解放出来。文章对智能化采煤工作面进行简要的分析,重点探讨智能化采煤工作面的建设与运维。

关键词： 智能化  采煤工作面   建设与运维

1  智能化采煤工作面现状

智能化采煤技术最早起源于美国，极大的提升了美国煤矿日产量。近年来我国煤矿开采领域不断发展的过程中，也加大了对智能化采煤技术的应用力度，并结合自身煤炭开采条件，有针对性进行了智能化采煤技术的改革与创新，在此基础上形成了独特的综采工作面智能化采煤设备与技术。目前，智能化采煤技术已经被广泛应用于我国大型煤矿开采作业当中，在智能化监测的基础上，有效提升了煤炭开采率与日产量。

2. 智能化采煤工作面建设

2.1  设备安装概述

智能化采煤工作面在建设期间，存在的最大问题是井下集控中心安装位置、各采煤设备主机安装位置、485设备和CAN设备通讯问题及远距离持续通讯等各方面问题，导致智能化采煤工作面无法正常运行。我矿目前已建设4个智能化采煤工作面，在建设期间也是不断优化方案。现就我矿在智能化采煤工作面建设期间存在问题及解决方案做分析说明。首先我矿最初在西八盘区措施巷安装固定的乳化液泵站，实现远距离供液，最远供液距离约1500米，可服务盘区内4个工作面。在西八盘区第三车场安装固定配电点和井下集控中心，实现远距离供电和远距离操作工作面采煤设备，最远供电和远控距离约1200米，可服务盘区3个工作面。其次我矿在西六盘区16051下顺槽轨胶段安装固定的乳化液泵站、配电点和井下集控中心，实现远距离供液、供电和远距离操作工作面采煤设备，最远供液、供电和远控距离约2300米。其目的是减少智能化设备搬家次数，保障通讯设备连接可靠。

2.2  网络系统建设

国内矿井在智能化采煤工作面应用的集控中心系统大多数配置为两种：监控系统和视频系统。监控系统用来控制设备和监测设备工况数据，视频系统用来采集工作面重点区域。我矿考虑到智能化接入设备较多、系统网络卡顿、排查系统网络故障繁琐等因素，特将控制系统设备IP与视频系统设备IP分为两段，如控制端IP为192.168.0.1，视频端IP为192.168.11.1。设备出厂自带IP，在安装前进行统一更改，如此一来，两个系统IP段相互独立，视频端网络与监控端网络互不干涉、互不影响，从而在网速上得到大幅提高，遇到网络系统故障，能够快速判断出是视频端还是监控端故障，提高智能化网络系统运维效率。

2.3  网络通讯建设

智能化采煤工作面在实现远距离供液、供电和控制条件同时，网络通讯会因距离、干扰和缺少网口/接口等因素，通讯效果下降，导致多数采煤设备在集控中心内无法读取设备数据。我矿将集控中心与配电设备和泵站供液系统集中安装，在集控中心附近安装一部总交换机，将配电点和泵站所有设备通过网线接入总交换机，再由总交换机接通集控中心控制电脑，读取数据或控制设备启停。配电设备和泵站供液系统设备通讯协议多为CAN或485协议，可将设备连接带屏蔽层CAN线或485线接通至集控中心主机电脑，因全部设备集中安装，网线、CAN线和485线距离均在通讯范围内，可保障设备通讯状态最佳效果。

集控中心与工作面内设备最远距离达2300米，工作面内设备连接网线、CAN线和485线，超出了传输范围，导致信号量传输不到集控中心，无法具备智能化建设要求。我矿在集控中心和总交换机内，铺设一趟8芯光纤线路至工作面，另在工作面分别安装一台视频交换机和控制交换机，采用单模双纤技术，利用光纤接通工作面视频交换机和控制交换机，视频交换机和控制交换机采用KJJ12(A)型矿用本安交换机，该交换机体积小，功能全，使用方便。将8芯光纤其中2芯光纤接入单模双纤光模块，用来接通视频交换机以太网光端口，另外2芯光纤接入单模双纤光模块，用来接通控制交换机以太网光端口，如工作面设备较多交换机内网口不足，需用电模块串联多个交换机以太网电端口，以保证工作面设备全部接入环网。遇到采煤设备通讯协议为CAN或485时，采用CAN或485转以太网模块，通过网线接入交换机。为提升智能化设备传输效果，我矿工作面均采用带屏蔽层网线，且最大程度缩减网线、CAN线和485线长度，确保控制设备时消除延迟响应时间。剩余4根光纤可作为备用或接入其他系统使用。如智能化采煤机FSK转换盒内有网口和光纤接口2种方式，采煤机作为工作面主要设备，采用网线传输需经过3个交换机，数据包转换次数多，中间难免出现丢包、断网、延迟等现象，考虑到这些问题后，我矿将采煤机FSK信号接入远距离顺槽通讯中继器，为远距离顺槽通讯中继器提供127v工作电源，信号由内部转换后进入光电交换机，光电交换机结构为单模单纤，另一端光纤接入集控室远距离顺槽通讯服务器内，远距离顺槽通讯服务器提供127v电源供电。远距离顺槽通讯服务器为集控室采煤机显示屏提供24v电源、网口通讯、上位机、交换机网口。通过光纤组建采煤机网络与远程控制系统，极大程度增强采煤机网络通讯。我矿在智能化采煤工作面网络通讯建设方面采用专网专线，严格管控计算机IP，禁止出现IP重复使用、控制段与视频段IP互相接入等现象。智能化工作面整个网络系统中，在网络ping命令中，time均小于4ms，也就是数据包发送至收到返回包所经过的时间，基本上没有延迟。TTL是网络数据包生存周期均为固定值，因工作面到集控中心距离长，数据包需要经过很长的路径，控制IP和视频IP独立后，基本不会存在环路或网络风暴等问题发生。

3  智能化采煤工作面运维

智能化采煤工作面建设完成后，最大的日常工作量是保障智能化系统的正常运行与维护。运行与维护工作说起来很简单，但做起来需要投入大量的人力和财力。

3.1  智能化采煤机运维

智能化采煤机新增传感中心、位置编码传感器、温度传感器、压力传感器、采高传感器等部件，采煤机工况数据由这些传感器反馈至集控中心，工况数据出现失真、中断现象，需检查传感器位置是否偏离、内是否进水受潮、是否与传感器中心接口有松动，以上问题不存在，需更换新传感器查看数据是否正常。

3.2  液压支架电控系统运维

在工作面液压支架数量最多，日常维护难度最大，液压支架电液控制系统配置的传感器、连接线和供电设备较多，出现一处故障，就可能会导致液压支架工况数据传送中断，日常维护时一是排查连接线位置是否存在架间挤压；二是排查串联电压末端压降情况；三是排查闲置快插接头封堵情况；四是根据集控中心支架拓扑组态排查架间操作是否正常；五是禁止控制器、传感器和供电设备出现水淋现象。

遇到集控中心主机无法显示液压支架组态画面现象时，需在集控中心网络ping命令中查看CAN转以外网模块是否正常，如不正常一是查看CAN模块、交换机及网线是否运行正常（如连接方式为CAN传输，可省略上述步骤）；二是排查工作面数据接口、通讯线路是否正常；三是排查液压支架控制器程序参数设置是否正常。

工作面液压支架控制器出现黑屏和反复重启现象时，一是排查电源箱电压是否在允许区间内；二是排查隔离耦合器、中继器、架间线路是否正常；三是排查控制器后方连接各线路和传感器是否短路；四是更换新控制器。

3.3  其他设备系统运维

地面集控中心人员在智能化系统运维中非常关键，通过电脑组态画面，每班关注系统运行状态，出现组态画面与设备运行不同步时，一是第一时间在网络ping命令中查询该设备IP通讯情况，发现通讯中断，及时通知井下人员，查看网线和控制主机网口是否正常；二是查看该设备控制主机是否开启远控状态。

4  结语 

随着我国煤炭行业智能化的发展，煤矿设备不断更新换代，智能化系统相互匹配和兼容是建设中的重要环节，智能化系统合理的建设与日常运维是确保煤矿智能化发展的基础条件，一个健康的智能化煤矿应将建设与运维放在首要位置。

作者简介：张文东，（1986- ），男，汉族，河南焦作人，工程师，本科，现从事煤矿机电工作