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在2015年6月國家安全監管總局的《開展“機械化換人、自動化減人”科技強安專項行動通知》中，明確提出，到2018年6月底，實現高危作業場所作業人員減少30%以上，大幅提高企業安全生產水平，并要求煤礦建設升級綜采工作面機械化自動化。

一、統煤礦采、掘裝備智能控制系

華洋通信科技股份有限公司依托國家863計劃主題項目、國家自然基金等科研成果，經過近3年的科技攻關，研發出煤礦采、掘裝備智能控制系統，實現井下掘進機、綜采工作面“三機”及相關配套設備的智能集中控制、協同工作、故障診斷、信息集成與綜合監控。統及系列產品，是物聯網、大數據、智能控制和信息處理等一系列技術的高度集成，由井上/下高速傳輸、掘進機遠程控制系統、綜采工作面“三機”（采煤機、液壓支架及刮板運輸機）智能控制、工作面配套設備協同工作、3DVR虛擬現實及故障診斷等14個子系統和裝備，是基于物聯網的智能化控制技術在傳統煤炭開采中的創新性研究與應用。

本系統采用采煤機位置檢測、工作面自動取直技術與水平控制技術，還集成了液壓支架電液控制技術、信息系統以及自動化軟件平臺，不僅實現了遠程智能機械化與自動化采礦，大大提高了礦區的工作效率與管理效率，還能夠大量縮減采礦工作人員，大幅提高礦產安全程度，在國內同類產品中具有先進性及技術優勢。針對地質條件簡單、煤層穩定的大中型煤礦，通過采用煤礦采、掘裝備智能控制系統及系列產品，應用液壓支架電液控制系統等，代替液壓支架手工操作閥、傳統采煤機刮板輸送機泵站控制系統等手動操作平臺，實現割煤、推溜、運輸等工藝過程智能化，可減少工作面作業人員50%以上。

二、系統主要技術特點

系統主要技術特點包括：掘進機、采煤機、電液控支架、刮板機的遠程“三機”協同控制；實現掘進機、刮板機、破碎機、轉載機、皮帶機等機電裝備的工作面輸送裝備的遠程集控；工作面視頻圖像全景拼接顯示和圖像跟隨采煤機位置自動切換顯示；基于三維虛擬現實數字化平臺（3DVR）實現掘進機、采煤機、液壓支架、刮板輸送機的地面遠程監控；分析設備運行數據，實現設備自動保護功能，減少故障發生頻率，降低生產成本；檢測采區環境變化，預警事故隱患，危險情況發生時能夠自動停止設備工作，保障人員安全；統計設備運行時間，為設備檢修提供可靠依據，同時能夠分析設備開機率及停機率，并確定設備停機原因，保證系統安全可靠運行。

三、系統組成與原理

掘進機遠程控制系統掘進裝備智能控制系統以掘進機遠程監測和控制的關鍵技術為核心，掘進機工作環境惡劣、照明嚴重不足，對于掘進導向系統的限制條件很多。環境中的塵埃使得無法使用視覺導航定位；巷道無法使用全球定位系統，所以比較適用非視覺傳感器定位技術。系統采用電子測距和測角技術，建立掘進機位姿自動測量及定向糾偏控制平臺，實現掘進機位姿測量和定向糾偏。掘進機自動控制系統的控制方式有本機手動控制、無線遙控、遠程遙控。其中本機手動控制為司機直接操作控制手柄，通過操作手柄直接控制換向閥，驅動各工作油缸及液壓馬達動作，實現掘進作業。

無線遙控系統由司機操作遙控發射器在掘進機附近控制掘進機。遠程控制系統由司機操作工業控制計算機，計算機通過CAN總線以及以太網與機載控制器通訊，實現掘進機的遠程操作。掘進機綜合控制器如圖1所示。遠程控制系統采用基于PC104的嵌入式隔爆計算機，其操作系統采用實時性較高的Linux操作系統，計算機通過CAN總線以及以太網與機載控制器通訊，匯集存入來自掘進機控制器采集和傳來的數據，以及機載耐震低可視攝像系統傳來的圖像信號，隨時顯示這些數據參數和圖像，監視掘進機的工況和動作狀態。掘進機遠程控制系統組成如圖2。綜采工作面遠程控制系統根據綜采工作面生產系統特征，結合煤礦開采工藝過程，建立多源復雜異構數據無縫信息交互模型。通過采煤機工作狀態參數在線監測、控制、信號傳輸及可視化技術的整合，開發采煤機機載控制系統、采煤機順槽監控系統、采煤機地面遠程監控系統，實現采煤機的遠程可視化控制與監測，如圖3所示。

綜采工作面遠程控制系統的核心是工作面“三機”協同控制，工作面“三機”協同控制策略的基本思想：按照采煤機行走割煤、液壓支架移架支護、推溜三個設備動作，設計綜采工作的循環協同控制步驟：割煤、裝煤、運煤、移架、推移刮板輸送機槽（推溜）、推移刮板輸送機。綜采工作面遠程控制系統采用信息與通信技術、控制技術，開發新設備和集成控制軟件，實現液壓支架、采煤機、三機、乳化液泵站等單機及其現有控制系統有機結合，利用壓力、傾角、行程、負荷、視頻等各種傳感器實現采掘工作面工況、設備狀態等信息的感知，采用同一監控平臺實現集視頻、語音、遠程集中控制為一體的綜采工作面數字化集成控制系統，將工人從危險的工作面采場解放到相對安全的順槽監控中心，實現在順槽監控中心對綜采設備進行遠程操作，達到工作面“無人”或少人開采的目的。

四、推廣應用價值

井下采倔工作面地質條件復雜，環境惡劣，自然災害多，礦山生產過程受水、瓦斯、火、粉塵、頂板等多種客觀因素的制約，安全形勢依然嚴峻，嚴重影響礦山生產和人身安全。特別是近年安全事故頻發，安全管理工作做得好壞直接影響采礦工業的健康持續發展。統將井下工作面設備(采煤機、刮板機、液壓支架等)以及相關輔助設備的工況數據實時傳輸到同一監控平臺內，通過在順槽安放的井下主機對設備進行集成顯示及遠程協同控制。集控系統具備設備參數顯示、遠程控制、故障信息報警等功能，所有數據匯總至同一平臺內，使工作面設備有機地結合在一起，同時通過礦井工業以太環網實現信息傳輸，能夠在地面完成數據顯示、分析及遠程監控，具備視頻圖像全景拼接顯示和3DVR虛擬現實功能，提高礦山生產效率。為企業提供高效、即時的信息監控，有效防控事故隱患，通過智能化設備與先進系統的引入，經網絡傳輸至地上主機，便于企業即時發現設備與生產過程中的異常，即時調整改善，實現智能化管理與高效率安全生產。

煤礦采、掘裝備智能控制系統的建設實施，就是針對礦山生產的主要環節——采、掘作業，實現采掘機械智能控制，實現井下少人或無人開采，不僅能夠提高生產效率，還能夠減少礦山安全生產事故的發生，同時能夠促進相關行業的技術進步，對推動行業技術和智能化、自動化采礦的發展具有重要的作用。2015年11月，邯鄲礦業集團郭二莊煤礦22204薄煤層綜采工作面自動化控制系統投入使用，工作面采煤作業實現自動化遠程控制，順槽集控中心及采煤機遠程控制見圖4。2015年12月，中煤能源集團平朔公司井工一礦19108綜采工作面集控系統投入使用，項目使用變頻控制技術。這些技術的應用減少了現場人員，提高了生產效率及安全性。

作者：顧軍