（國家能源集團(tuán)國電建投內(nèi)蒙古能源有限公司察哈素煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017200）

煤炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對我國工業(yè)發(fā)展具有重要的推動作用，近年來，無人工作面開采逐漸受到煤炭行業(yè)的重視。自動化技術(shù)在煤礦開采工作中得到廣泛應(yīng)用。合理利用多種智能化技術(shù)開展煤礦開采操作有利于提升煤礦企業(yè)管理實效性。在無人工作面應(yīng)用采煤機(jī)自動控制技術(shù)，已成為國內(nèi)外采礦行業(yè)研究的重要課題。

一、概述

無人采礦利用目前最先進(jìn)的技術(shù)，包括地下通訊，工藝設(shè)計，采礦系統(tǒng)，采礦工藝包括自動鑿巖，自動裝巖，自動卸巖等，技術(shù)基礎(chǔ)是高速地下通訊系統(tǒng)與高精度地下定位，無人工作面采煤技術(shù)是工作在回采工作面以外的地點操控機(jī)電設(shè)備，完成工作面的破煤、裝煤、運煤等各項工序。無人采礦開采范圍廣，包括薄煤層可實現(xiàn)刨煤機(jī)無人自動化采煤，利用無人工作面開采高瓦斯煤層實現(xiàn)瓦斯的預(yù)先釋放，保證生產(chǎn)安全。利用現(xiàn)代科技豐富改進(jìn)傳統(tǒng)開采水平，無人工作面在先進(jìn)完善的頂板監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)下進(jìn)行。實現(xiàn)資源的合理化配置，生產(chǎn)過程采用先進(jìn)的自動化技術(shù)，生產(chǎn)能力大，效率高。

二、采煤機(jī)電控系統(tǒng)

（一）整體設(shè)計

1.車載控制及監(jiān)測單元。采煤機(jī)車載控制及監(jiān)測單元主要包括：本地監(jiān)測部分。主要功能是獲得采煤機(jī)運行中的各種工作參數(shù)，包括：電氣系統(tǒng)監(jiān)測模塊、傳動系統(tǒng)監(jiān)測模塊、液壓系統(tǒng)監(jiān)測模塊、采煤機(jī)姿態(tài)及位置監(jiān)測模塊和環(huán)境系統(tǒng)監(jiān)測模塊；采煤機(jī)中央控制部分。采煤機(jī)中央控制單元主要實現(xiàn)采煤機(jī)的煤巖識別算法及記憶截割算法，從而實現(xiàn)自動化采煤；運行控制部分?；诓擅簷C(jī)中央控制單元的指令，實現(xiàn)采煤機(jī)的運行控制，比如采煤機(jī)起動、停止，升／降滾筒，左／右牽引等翻；通信部分。完成采煤機(jī)本機(jī)和順槽控制單元、遠(yuǎn)程控制單元之間冗余通信及數(shù)據(jù)交換。

2.遙控控制單元。采煤機(jī)用遙控發(fā)送器是用來發(fā)射一定頻率的高頻信號，該信號經(jīng)遙控接收器接收后，轉(zhuǎn)換為CAN 總線信號，與采煤機(jī)電控箱通訊，從而實現(xiàn)采煤機(jī)各種控制功能的設(shè)備。左，右遙控功能需要具備左行、右行、牽停、主停、左佑升、左／右降、左／右加、左佑減等功能。

3.順槽集中控制單元。采煤機(jī)操作人員可以在順槽集中控制臺，利用視頻監(jiān)測系統(tǒng)，通過采煤機(jī)手動控制終端控制采煤機(jī)的各種工作順槽集中手動控制單元主要包括順槽防爆計算機(jī)、采煤機(jī)手動控制平臺、通信單元等。

4.地面遠(yuǎn)程控制單元。通過煤礦井下光纖環(huán)網(wǎng)、工業(yè)以太網(wǎng)、工作面視頻監(jiān)測系統(tǒng)，可以在地面監(jiān)控中心遠(yuǎn)程控制綜采工作面采煤機(jī)的工作。地面遠(yuǎn)程控制單元主要包括遠(yuǎn)程監(jiān)控中心計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、uPs電源、避雷器等。

（二）數(shù)據(jù)采集單元硬件設(shè)計

該數(shù)據(jù)采集單元主要包括：傳感器數(shù)據(jù)連接插排、數(shù)據(jù)存儲模塊、ARM核心處理器、CAN 總線通信模塊、Rs485 總線通信模塊、以太網(wǎng)通信模塊、電源轉(zhuǎn)換單元等。

1.模擬數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計。R43 為150 n 是采樣電阻，4mA～20mA 的電流從AIN3 口進(jìn)入以后，轉(zhuǎn)變成0.6V～3 V 的電壓，再經(jīng)過由LM358 運算放大器設(shè)計的電壓跟隨器，電壓轉(zhuǎn)變到LM358 的1 號引腳，R63 是起到抑制電流過大的作用，防止過大的電流對后面集成芯片的損害。

2.據(jù)采集單元軟件設(shè)計。數(shù)據(jù)采集單元的軟件功能設(shè)計主要有兩方面的作用：為了實現(xiàn)實時對采煤機(jī)工作情況監(jiān)測，在采煤機(jī)上布置穩(wěn)定、可靠的工業(yè)傳感器，通過采煤機(jī)的采集板進(jìn)行狀態(tài)匯總，上報給采煤機(jī)主控板，實現(xiàn)采煤機(jī)的工作參數(shù)監(jiān)鋇口及采煤機(jī)姿態(tài)位置監(jiān)測，保證整個無人工作面能夠安全、高效、穩(wěn)定運行；為了采集用戶的操作動作(操作桿、按鈕等)，轉(zhuǎn)換成控制指令，然后通過CAN 總線或485 總線發(fā)送到采煤機(jī)運行的控制板上，由控制板解析命令以控制采煤機(jī)的運行。

三、無人工作面技術(shù)應(yīng)用

以某礦業(yè)介紹數(shù)字化無人開采技術(shù)的應(yīng)用，采煤工藝選用綜采，全部挎落管理頂板，根據(jù)礦壓參數(shù)選取工作面設(shè)備，ZY3300 電液控鄰架操縱，SGZ630/220 工作面刮板運輸機(jī)運輸能力450t/h,.SPJ-800 膠帶輸送機(jī)運輸能力350t/h，監(jiān)控系統(tǒng)采用超低照度，廣角視頻監(jiān)控系統(tǒng)，采煤機(jī)采用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，集中控制室內(nèi)放置視頻檢測，三級聯(lián)動控制系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備。采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)采用嵌入式工控機(jī)處理采煤機(jī)運行姿態(tài)信息，采煤機(jī)司機(jī)在集控中心室通過安裝探頭提供的采煤機(jī)信息實現(xiàn)搖臂傾角，實現(xiàn)采煤機(jī)自動化無人干預(yù)割煤進(jìn)刀前，通過采煤機(jī)工控機(jī)采煤機(jī)割煤，程序自動記憶割煤數(shù)據(jù)，激活技藝割煤功能。采煤機(jī)司機(jī)確認(rèn)范刀可用煤機(jī)將讀取采煤機(jī)歷史運行狀態(tài)，通過系統(tǒng)提供的設(shè)備運行狀態(tài)發(fā)現(xiàn)異常時，可通過采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)隨時結(jié)束記憶割煤功能。

工作面液壓支架采用pm32 電液控制系統(tǒng)，由井下主控計算機(jī)，紅外線發(fā)射器，耦合器，網(wǎng)絡(luò)終端器，架間電源電纜，電磁先導(dǎo)閥等組成。電液控制系統(tǒng)具有跟機(jī)自動化，領(lǐng)架操作與手動操作等工作方式。液壓支架跟機(jī)自動化功能以采煤機(jī)位置為依據(jù)，由采煤機(jī)機(jī)空外線發(fā)射器與支架安裝紅外線接收器實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，紅外接收器將檢測采煤機(jī)位置信息傳給主控系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)采煤機(jī)位置信息自動發(fā)出命令指揮支架控制器完成操作。受到采高限制等因素影響時，需采用割頂破底開采，會出現(xiàn)采煤機(jī)鎬型截齒消耗快，CIA面積裝煤效果差等情況，通過加大滾筒螺旋升角，加設(shè)采煤機(jī)梨煤板可有效解決。

采煤機(jī)自動控制技術(shù)的應(yīng)用，對實現(xiàn)高效無人化開采提供了有效途徑。對保障生產(chǎn)安全，由勞動密集型向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變，具有重大的現(xiàn)實意義。采煤自動控制技術(shù)對煤層地質(zhì)條件要求較高，較適用于頂板穩(wěn)定的工作面，否則需改用人工操作。為提高無人開采工作面的生產(chǎn)效率，需進(jìn)一步研究應(yīng)用多傳感器智能截割控制技術(shù)等新技術(shù)，提高對復(fù)雜煤層的適應(yīng)能力。