基于高速工业以太环网的综采工作面自动化监控系统的研究

　　随着煤矿企业招工难，用工成本不断提高，政策对职业病防治要求不断提高，煤矿提出了安全增效、减人提效的采矿思路，而综采工作面是煤矿生产的关键场所，如何解决综采工作面自动化问题越来越迫切，特别是薄煤层综采工作面，由于环境条件差、空间狭小、工人劳动强度大、安全性差等因素，各大集团公司都寄希望于工作面自动化监控系统，利用自动化系统对设备进行远程监控，提高工作面安全与生产效率，降低工人劳动强度。

　　2.综采工作面自动化发展现状

　　实现少人、无人的自动化采矿是当前国际采矿界研究的热点。美国和澳大利亚的煤炭企业在这方面走在前面，20世纪80年代以来，他们在工作面采用了计算机（技术）、大功率电牵引采煤机、电液控制的液压支架和具有软启动（变频）功能刮板输送机，实现了工作面三机（液压支架、采煤机、刮板机）的自动化及井下环境安全信息实时监测。90年代开始，加拿大、芬兰、瑞典分别制定了矿山自动化方案，20世纪90年代初，加拿大国际镍公司（Inco）开始研究遥控采矿技术；1992年，芬兰采矿工业宣布智能采矿技术方案；瑞典制定向矿山自动化进军的“Grountecknik2000战略计划”。在各种政策的指引下，经过二十多年的开发与应用，技术已基本成熟，形成了以比赛洛斯DBT和JOY为代表的监控与设备配套销售的企业和以Marco、Tifenbach、EEP为代表的专业控制系统提供商，各公司分别在2004年前后推出了升级换代产品，在性能、可靠性和自动化水平上又上了一个新台阶，并不断拓展相关配套产品和系统，组成自动化工作面监控系统，实现对工作面所有设备的监测监控，最终实现工作面的少人化开采，逐步向无人化开采方式迈进。

　　国内上世纪九十年代，煤科总院太原分院、郑煤机、北煤机分别自主开发出的电液控制系统，但受当时的技术水平和煤炭行业状况限制，未能推广应用；从2004年开始，随着神华支架国产化带动大量采用电液控制，天地科技与德国玛珂合资成立了天地玛珂电液控制系统有限公司，引进了液压支架电液控制系统，并逐步实现了国产化，在国内得到了大量的使用和验证，性能可靠。随后国内涌现了一批电液控制企业，比如四川航天、郑煤机、三一重装、北煤机和平阳机械厂等，目前北京天地玛珂电液控制系统有限公司和四川神坤的产品已在煤矿井下广泛应用，性能可靠。

　　3.需求分析

　　（1）煤矿生产需要

　　综采工作面是煤矿生产的源头，随着电子技术、通讯技术和计算机技术的不断提高，国家政策的长期引导，我国的综采设备得到了较大的发展，比如电牵引采煤机，大采高液压支架，长距离大运量的刮板机、胶带机已经大量使用于现场，各种单机自动化系统有了一定的发展。综采工作面设备较多，都集中在两三百米的工作面范围内，而各种设备的控制工艺、控制方法不同，设备需配置一定的操作工进行监测、控制和检修，浪费了人力资源，并且设备检测不实时，设备信息不共享，容易导致故障和事故，因此现场需要一套工作面自动化监控系统，对工作面这些设备集中监测、控制，实现减员增效。

　　（2）国家政策引导

　　根据国家能源科技“十二五”规划，已将基于数字矿山基础信息平台，矿山辅助运输控制技术，矿井安全生产信息综合自动化监控技术，煤岩界面自动识别技术，基于三维定位的工作面水平控制及远程控制技术，工作面高可靠、高速、实时控制通讯网络系统及宽带多媒体平台，智能化开采生产过程控制软件，基于传感网络的矿压实时在线监测技术为研发方向的矿井数字化、工作面自动化技术，煤炭高效自动化采掘成套装备等列入规划；同样，在煤炭工业“十二五”规划中明确提出，将“支持煤矿无人工作面开采技术研发”，“提高煤矿装备现代化、系统自动化、管理信息化水平”，推进千万吨级综采成套装备、薄煤层机械化开采装备、短壁综采装备、矿井信息网络自动化系统等煤矿重大装备国产化。国家的政策引导，煤矿企业将投入大量的资金工作面自动化系统，对市场具有较大的引导和促进作用。

　　（3）技术发展需要

基于高速工业以太环网的综采工作面自动化监控系统的研究

　　从煤矿自动化技术发展趋势看，全矿井高速信息网络已经基本建成，形成了矿井信息高速公路，而实现矿井自动化的关键是各末端的设备、子系统，而工作面是矿井生产的核心部位，是矿井自动化建设投入的下一个主要目标。随着采煤自动化程度的提高，为了提高工作面产量和效益，降低生产成本，选用可靠性高、故障率低、管理操作方便、性能优良的电气设备是各煤炭企业实现高产高效安全生产的必然选择。随着人员数量的减少，各种监测信息不断提高，对传输信道数量和带宽提出了更高要求，真正实现高产、高效、高可靠、高安全的新一代自动化自动化系统，实现了一矿一井一面的集约化生产。

　　4.设计方案

　　综采工作面自动化监控系统架构如图1、2所示，系统整体上分为三层架构，即地面调度与管理层、监控层和设备层。地面调度与管理层融入全矿井综合自动化系统，实现矿井的集中监控和信息发布；监控层由多台矿用隔爆兼本安型监控主机、控制台等设备组合成集中监控中心，放于顺槽设备列车上，对整个工作面及顺槽设备进行远程、集中监控；设备层主要实现综采工作面采、装、运、支护及供电等设备的监测与控制。系统在工作面内部建立一条以工业以太环网为基础的高速信息网络，扩展各种通用接口，结合无线wifi设备的运用，实现工作面有线、无线网络信号的全覆盖，而工作面各种监控设备就近接入网络，实现工作面监测、控制、视频、音频等信号的共网共缆传输，由集中控制中心整体协调工作面采、装、运、供电相关设备的安全、有序、高效运转。

　　5.结论

　　通过与多个集团、矿务局沟通，整体认为此方案切实可行，可以在提高信息传输通道带宽的同时，减少工作面内部布线数量，降低系统维护难度，并且将工作面的各种信息集中到一个集中监控中心，由集中监控中心对整个工作面人员、设备进行统一协调，解决了综采工作面设备多、信息共享难的问题，将信息上传矿井自动化系统，实现了综采工作面信息与矿井信息的有机融合，为后续的综采工作面无人化和矿井的自动化奠定基础。

　　参考文献

　　[1]王国法.煤矿液压支架技术[M].煤炭工业出版社.

　　[2]刘建功，吴淼.中国现代采煤机械[M].煤炭工业出版社.

　　[3]张守祥，范红霞.综采工作面自动化监控网络[M].煤炭工业出版社.

　　[4]倪兴华，苗素军，杨永杰.综放工作面端头及顺槽超前液压支架支护技术[M].煤炭工业出版社.

　　[5]董冠军.煤矿井下无人工作面的发展前景[J].山西煤炭，2011，31（9）.

　　[6]尹卫兵，都勤勤.煤矿井下综采工作面自动化控制系统的设计与应用[J].科技情报开发与经济，2011，21（29）.

　　[7]王学东.煤矿信息化、自动化的高产高效工作面建设[J].科技创新导报，2011（08）.

　　[8]王冬梅.综采工作面成套设备自动化的通讯系统设计[J].科学之友，2011，12.

相关期刊推荐：《自动化与仪器仪表》

　　《自动化与仪器仪表》杂志由重庆市自动化与仪器仪表学会和重庆工业自动化仪表研究所主办，其特点是学术水平较高、实用性强、信息量大、覆盖面宽、广告效果好、发行量大。据中国科技信息研究所馆藏期刊借阅统计表明，她是最受读者喜爱的刊物之一。主要报道控制理论、系统理论、自动化技术、工业自动化仪表、计算机及其应用技术等方面的研究成果、发展动态、经验交流。适用于从事工业自动化、仪器仪表、计算机应用、机电仪一体化、自动控制等专业的科研、设计、应用、生产、销售的科技工作者、大专院校师生、管理干部、技术工人阅读。

　　杂志面向国内外公开发行，国内统一刊号CN50-1066/TP，国际标准刊号ISSN1001-9227，大16开本，图文并茂，印刷精美，双月刊，逢单月25日出版。杂志设有产品广告、生产厂家简介及产品动态信息专栏，目的是：让用户更好地了解生产厂，让产品更好地接近用户。

　　《自动化与仪器仪表》收录情况

　　国家新闻出版总署收录获奖情况

　　中国仪器仪表学会优秀期刊（83）

　　四川省科协优秀期刊奖（87）

　　重庆市优秀期刊一等奖（93）

　　统计源核心期刊（2011）

　　《自动化与仪器仪表》栏目设置

　　主要栏目：综述、控制理论研究、控制系统设计、应用技术、仪器仪表与装置、实践与创新。