NT型提升机网络化集散控制系统在铜绿山矿的应用

收稿日期:2022 06 06作者简介:王㊀凯(1993-),男,山西高平人,助理工程师,从事采掘管理技术工作㊂doi:10.3969/j.issn.1005-2798.2023.01.018玉溪煤矿工作面掘进机中智能化掘进集控系统应用研究王㊀凯(山西兰花科创玉溪煤矿有限责任公司,山西沁水㊀048000)摘㊀要:为加快煤矿智能化建设改造,推动煤矿装备向智能化㊁高端化发展,实现采掘工作面减人作业,在掘进机中建立一套智能化掘进集控系统已成为当前重要的研究趋势㊂为此,以玉溪煤矿工作面掘进机为例,从多个方面开展了掘进机中智能化掘进集控系统的方案设计及关键分系统研究,经过对该集控系统的实际应用得出:该系统运行良好,智能化程度较高,能实现对掘进机设备的自动导航㊁自动坡度追踪和自动截割等功能,系统的综合评分较高,达到了工作面掘进机的智能化掘进作业要求㊂对提高掘进机的作业效率㊁减少作业人员数量㊁提高工作面的作业安全性具有重要意义㊂关键词:煤矿;智能化;掘进;集控系统中图分类号:TD632.2㊀㊀㊀文献标识码:B㊀㊀㊀文章编号:1005 2798(2023)01 0068 03㊀㊀随着煤矿资源的大量开采,采用更加先进的开采设备及系统提高煤矿开采量已成为当前煤矿领域的重要发展方向㊂矿用掘进机是煤矿开采中的重要设备,与采煤机㊁带式输送机等设备共同完成煤矿的开采任务[1]㊂当前市场上通用的掘进机设备智能化程度较低㊁所需作业人员较多,设计智能化集控系统已成为当前煤矿设备智能化升级发展的必然趋势[2]㊂为此,以玉溪煤矿工作面掘进机为例,开展了矿用掘进机中智能化掘进集控系统的总体设计及关键分系统研究,完成了该系统的实际应用及评价,验证了该系统的可靠性及稳定性,提高了掘进机的掘进效率及煤矿开采量,达到了预期效果,实际应用价值较大㊂1㊀集控系统设计的必要性以玉溪煤矿工作面掘进机为例㊂该煤矿采用四六制生产制度,检修班不允许生产,而当前掘进工作面在检修班进行检修㊁防突检测以及前移胶带机尾等工作㊂但在实际掘进过程中存在以下问题:1)㊀当前掘锚一体机机载钻锚装置无法满足防突检测钻孔要求,新购一台成本较高;2)㊀增加带式输送机自移机尾无法实现减人增效;3)㊀掘进断面较大,支护作业规程要求一掘一锚,目前使用手持气动锚杆钻机进行支护作业,掘进机工作一个循环需要分为上下两部分完成,工作效率低且现场作业人员安全系数较低㊂因此,同时考虑先用于煤巷掘进,后期也可在岩巷掘进中使用,计划采购1台智能化EBZ200型悬臂式岩巷掘进机,配套原有的供电㊁运输㊁通风及排水等设备,在1303工作面回风巷中设计一套集成于掘进机设备中的智能化掘进集控系统,以实现掘进工作面的少人化,达到生产安全管理控制的目的㊂2㊀集控系统设计集控系统是整个EBZ200型煤矿掘进机中重要的组成部分,包括井下远程集控中心和地面远程集控中心㊂地面远程集控中心得到井下远程集控中心的授权后,在地面可以实现在井下的全部操作功能㊂井下远程集控中心在紧急情况下可以随时把操控权限切换到井下远程集控中心㊂在掘进机本体中配备了倾角传感器㊁惯性导航仪㊁三维扫描仪㊁红外摄像仪㊁人员接近传感器㊁油温油位传感器㊁语音对讲设备和控制箱等智能化监测监控设备,实现掘进机的工况参数监测㊁数据采集㊁设备精准定位㊁自主导航㊁智能截割㊁环境监测等功能[3]㊂在数据传输和集控方面,主要利用矿方的5G系统,将智能掘进机相关数据接入井下远程集控中心,实现远程控制与监控㊂同时,集控中心的相关数据通过千兆交换机接入井下万兆环网,接入地面远程集控中心㊂通过智能化控制软件,在井下远程集控中心㊁地面远程集控中心能够实时显示掘进工作86面现场的情况,监听现场声音;同时设备工作状态信息可以实时显示在集控中心的显示界面上;现场开放权限后,可以实现掘进工作面设备的井下集控中心或地面集控中心远程操作控制,集控系统网络构架如图1所示㊂图1㊀掘进机中集控系统网络构架3㊀关键分系统设计3.1㊀掘进机车身定位系统掘进机车身定位系统采用三维激光扫描仪与激光陀螺惯性导航融合技术㊂三维激光扫描仪主要通过内置的激光雷达扫描预定的相关标靶,将采集的点云数据发送至GPU图像处理器进行模型构建及计算㊂其中,该定位系统中的CPU处理器通过高速运算将三维激光扫描仪计算数据与激光陀螺惯性导航仪的航姿信息(航向角㊁俯仰角㊁侧倾角㊁加速度等)进行融合处理,得到掘进机车身的姿态及位置信息,其原理如图2所示㊂另外,车身位置信息结合截割臂升降㊁回转㊁伸缩油缸位移传感器通过车载控制器进行截割头相对于巷道的位置信息[4]㊂截割头位置信息是断面自动截割成型的重要数据信息㊂车身姿态和位置信息是进行车身自主纠偏和防碰撞的重要数据信息㊂数据通过构建完毕的掘进机模型可以得出截割机构的俯仰角和回转角㊂图2㊀惯性导航仪原理图3.2㊀断面定义及路径规划设计煤矿巷道断面一般有弧顶㊁平顶㊁斜顶式三种,仅在弧线段数㊁直线段数和直线斜率方面有区别㊂基于以上特性,利用直线按间距分段和弧线按角度分段相结合的方法对断面的轮廓在PLC内进行模型搭建㊂另外,断面自动成形分为逐行扫描阶段和边界扫描阶段㊂逐行扫描完成断面的初成形,边界扫描完成断面的精细化边界修帮㊂控制逐行扫描间96距可以对成形断面的平整度进行调整㊂所设计的断面定义及路径规划如图3所示㊂图3㊀断面定义及路径规划3.3㊀环境监测㊁安全保护关键仪器设备选型设计3.3.1㊀粉尘监测仪器选型设计粉尘传感器主要实现对煤矿井下呼吸性粉尘的在线监测㊂传感器具有呼尘分离效果好算法先进准确度高额定工作电流小传输距离更远等显著特点㊂为此,针对此工作面,在工作面上安装了GCG1000 (X)粉尘浓度传感器,传感器数量根据监测要求确定,粉尘传感器主要技术参数有:①粉尘浓度测量范围为0.1~500mg/m3;②粉尘浓度测量误差不大于ʃ15%.3.3.2㊀甲烷气体监测仪器选型设计矿用低浓度甲烷传感器主要适用于煤矿井下和其它具有爆炸性气体(甲烷混合物㊁煤尘)场合,可用于井下大中型采掘设备和其它机电设备上,连续监测设备附近风流中的瓦斯浓度,也可用于固定场合,当瓦斯浓度达到或超过报警点时,传感器立即发出声㊁光报警信号㊂故选用了GJC4(B)型矿用甲烷传感器,该传感器采用高性能热催化元件㊁微电脑数字技术和新型电子器件,性能稳定,门限准确,反应迅速,精度高㊂使用方式采用人性化设计,软调节技术,操作简单,使用方便㊂其工作温度为(0~40)ħ,测量范围:(0.00%~4.00%)CH4,响应时间ɤ20s,传感器工作电压(9~24)VDC,传感器的传输距离ɤ2km.3.4㊀危险区域人员识别技术分析为提高危险作业区域人员的保护力度,设计了一种危险区域人员识别技术㊂该技术采用在掘进机车身上加装热释红外传感器㊁精准定位等模式,对进入探测范围内的人员进行感应,对进入危险区域人员近感探测,开机前及运行过程中,监测到人员时, 5m范围内停机,声光报警器报警;同时,将误闯信息传递至监控平台上,实现对相关信息的实时显示及报警,危险区域人员识别示意如图4所示㊂4㊀实际应用评价为进一步验证此掘进机中集控系统的综合性能,按照‘全省煤矿智能化建设基本要求及评分方法(试行)“要求,对该系统进行了实际应用及评价打分验证㊂该系统在实际应用过程中,整体运行良好,智能化程度较高,系统可靠性及稳定性较好;建立了在地面以及井下建立远程控制系统,实现一键启动及智能操作;同时,该系统自带瓦斯传感器,增加了粉尘传感器,实现了对井下环境数据智能分析及检测;也实现了整个掘进过程的自主导航㊁坡度追踪和自动截割等功能;通过与锚杆钻车的配合使用,实现全机械化作业,掘进速度满足矿井采掘接替要求㊂经玉溪煤矿相关人员评价,该系统的综合评分为76.34分,相对较高,达到了工作面中掘进机的智能化掘进作业要求㊂图4㊀危险区域人员识别示意5㊀结㊀语以玉溪煤矿工作面掘进机为例,在分析当前煤矿工作面掘进过程中存在问题的基础上,开展了掘进集控系统的总体设计及关键分系统设计研究,并对该系统进行了实际应用评价㊂该集控系统运行良好,智能化程度较高,实现了整个掘进过程的多项自动控制及操作;整个掘进机设备的掘进效率明显提高,达到了预期要求㊂该系统的应用设计有效支撑并完善了掘进机设备及整个工作面的智能化程度,实际应用价值较大㊂参考文献:[1]㊀张㊀朋.综采工作面集控系统的设计分析[J].机械管理开发,2021,36(8):235-236,312.[2]㊀魏永龙,魏永东,徐㊀威.冲击地压孤岛工作面智能化掘进工艺的探索与应用[J].中国矿业,2021,30(S1):113-119.[3]㊀孙㊀健.综采工作面信息化集控系统在平朔矿区的应用[J].露天采矿技术,2021,36(1):79-82. [4]㊀裴新宇.煤矿智能化远程集控系统分析[J].矿业装备,2021(1):116-117.[责任编辑:常丽芳]07。

第一章概述1.1矿区位置、隶属关系及经济类型1、地理位置第一铝矿位于贵阳市的修文县龙场镇，矿山距修文县城所在地的龙场镇约8Km，经白云区至贵阳市约40Km，至中国铝业贵州分公司总部为25Km。

矿山交通方便。

第一铝矿矿山范围属修文铝土矿小山坝矿区，呈北北东向展布，长4km，宽1—3km，包括九架炉、银厂坡、五龙寺、猪坝腿、沈家沟、铁匠沟等六个矿段。

矿区地理位置为：东经106°36′07″—106°37′08″，北纬26°46′15″—26°48′20″。

银厂坡矿段均地处第一铝矿矿部之东，与矿部相距约3km。

2、交通第一铝矿位于贵州省贵阳市修文县城155°方向，直距6km，南距贵阳市34km，矿区公路与贵阳—修文公路的王官站相连，交通方便。

佯见交通位置图。

3、企业性质：有限责任公司4、采矿权人：中国铝业股份有限公司。

1.2矿山概况中国铝业贵州分公司（以下简称贵州分公司）地处贵州省贵阳市，是我国目前最大的矿山、氧化铝、电解铝联合企业之一。

现具有年产氧化铝120万吨，铝锭43万吨，碳素制品27万吨及自有矿山铝土矿110万吨、石灰石矿65万吨和多种高附加值产品的生产能力。

主要装备及技术经济指标居全国领先水平，铝电解技术达国际先进水平。

贵州分公司生产的氧化铝（氢氧化铝、粉体材料等）、电解铝（精铝、高纯铝、铝线杆、铝母线、铝合金等）、碳素制品（阴极、阳极、高炉碳块等）、铝型材四大产品分获省、部、国优称号。

贵州分公司现有氧化铝生产能力达到120万t/a，年需要铝土矿240万t/a（其中，高铝矿188万t/a，用矿品位A/S≥8；普铝矿52万t/a，用矿品位A/S＝4.0～6.0）。

2010年7月，贵州分公司进行机构改革，将原有的三个矿山合并组建矿山公司。

贵州分公司自有的铝土矿山有小山坝矿区、长冲河矿区、燕垅-林歹矿区、坛罐窑矿区、麦坝矿区、猫场矿区、簸渡河矿区。

煤矿辅助运输智能创新和效率创造案例研究煤矿辅助运输是煤矿开采过程的重要组成部分。

负责从地下矿山到地表的煤炭运输，以及煤炭运往指定的储存区。

传统的辅助运输方式是劳动密集型和耗时的，导致效率低，劳动成本高。

为了应对这些挑战，煤矿工业一直在探索和采用智能创新，以提高辅助运输的效率。

关于煤矿辅助运输智能创新和效率创造的此类案例研究之一是在我国一个大型煤矿实施自动传送带系统。

这种自动传送带系统配备了先进的传感器和控制系统，可以实时监测和调整运输过程。

采用这一系统已大大提高效率和节省费用。

自动输送带系统能够优化煤炭运输，减少人工劳动的需求，尽量减少事故风险。

该系统能够自动发现和处理任何操作问题，防止故障时间，尽量减少生产中断。

该系统通过减少工人接触危险工作条件的机会，改善了煤矿的总体安全。

除自动输送带系统外，煤矿还实施了其他智能创新，进一步提高辅助运输效率。

这包括使用无人驾驶飞行器对运输路线进行空中勘测和监测。

无人驾驶飞行器配备了高分辨率摄像头和传感器，能够对运输活动进行详细实时监测。

这使煤矿能够查明和解决运输过程中潜在的瓶颈和低效率问题，从而进一步提高效率。

煤矿还采用自主车辆在矿址内运输煤炭。

这些自主飞行器配备了先进的导航和控制系统，使得它们可以不受人干涉地运行。

这不仅减少了运输过程所需的劳动力，而且提高了矿址内煤炭运输的总体安全和可靠性。

总体而言，实施煤矿辅助运输智能创新，大幅提高效率，节约成本。

采用自动输送带系统，无人机，自主车辆，不仅降低了辅助运输的劳动强度，而且提高了整个运输过程的安全性和可靠性。

这些创新显示，智能技术有可能使煤矿工业革命化，并为更高效和可持续的未来铺平道路。

关于煤矿辅助运输智能创新和效率创造的案例研究证明了智能技术改造传统产业的潜力。

成功实施自动传送带系统、无人驾驶飞行器和自动车辆，大大提高了效率、节省了费用和安全。

本案例研究是其他煤矿和传统行业通过智慧创新改善其运输流程的宝贵范例。

矿山主斜井胶带输送机智能化改造与应用摘要：长期以来，胶带输送机作为煤矿井下原煤运输的主要设备，其能耗在整个矿井的运输系统中占比较大。

本文结合智慧矿山的建设，通过对矿山主斜井胶带输送机的改造，实现了节能、降耗、减碳、智能化集中控制，在双碳目标和智慧矿山建设的大背景下，为全面提升胶带机的运行效率，实现“减人、增效、保安”提出了一种较为科学、实用性强的解决方案。

关键词：矿井；胶带输送机；智能化；智慧矿山1带式输送机运输系统《煤矿安全规程》第三百七十四条规定，采用滚筒驱动带式输送机运输时，应当遵守下列规定：采用非金属聚合物制造的输送带、托辊和滚筒包胶材料等，其阻燃性能和抗静电性能必须符合有关标准的规定；必须装设防打滑、跑偏、堆煤、撕裂等保护装置，同时应当装设温度、烟雾监测装置和自动洒水装置；应当具备沿线急停闭锁功能；主要运输巷道中使用的带式输送机，必须装设输送带张紧力下降保护装置；倾斜井巷中使用的带式输送机，上运时，必须装设防逆转装置和制动装置；下运时，应当装设软制动装置且必须装设防超速保护装置；在大于16°的倾斜井巷中使用带式输送机，应当设置防护网，并采取防止物料下滑、滚落等的安全措施；液力偶合器严禁使用可燃性传动介质（调速型液力偶合器不受此限）；机头、机尾及搭接处，应当有照明；机头、机尾、驱动滚筒和改向滚筒处，应当设防护栏及警示牌。

行人跨越带式输送机处，应当设过桥；输送带设计安全系数，应当按下列规定选取：棉织物芯输送带，8～9；尼龙、聚酯织物芯输送带，10～12；钢丝绳芯输送带，7～9；当带式输送机采取可控软启动、制动措施时，5～7。

《智能化示范煤矿验收管理办法》中对带式输送机运输系统要求能做到：相关设备能通过现场工业总线实现互联互通，能够与煤矿综合管控平台实现智能联动，实现无人值守作业；单条带式输送机具备完善的传感器、执行器及控制器，实现单台设备的自动控制；带式输送机采用变频或CST等软启动方式；具备防滑、堆煤、跑偏等综合保护装置，能够根据监测结果实现综合保护装置的联动保护控制；给煤点设计合理，实现带式输送机安全运行；具有煤仓的矿井，应结合煤仓煤位信号，实现煤仓、给煤机、带式输送机的联动控制；主煤流运输系统中沿线煤流应基于AI识别，实现分布状态实时监测、变频调速，具备调速模型的优化功能，实现煤流平衡；多部带式输送机搭接实现集中协同控制，具备语音预警功能；具备基于AI实现带式输送机计量、空载、跑偏、大块煤、堆煤、异物，以及人员违规穿越带式输送机等识别功能；集控系统具备各部带式输送机驱动部电机电流、温度、振动以及减速器轴承温度、润滑油温度等参数的实时采集、状态监测、故障在线诊断与预警、运行效率分析等功能；具备主煤流运输系统环境监测预警功能，实现烟雾、粉尘、温度等的智能监测。