我國是煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)大國，截止2012年底，全國煤炭保有資源查明儲(chǔ)量達(dá)1萬億噸，2012年全國煤炭年產(chǎn)量已超過38億噸。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全國煤礦約1.2萬個(gè)，70%以上是中、薄煤層，大部分礦井采用綜采方式進(jìn)行開采。

　　【摘要】本文將工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)運(yùn)用于煤礦井下綜采工作面，實(shí)現(xiàn)綜采工作面有線、無線網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋，擴(kuò)展RS485、CAN等標(biāo)準(zhǔn)接口，實(shí)現(xiàn)綜采工作面內(nèi)設(shè)備、系統(tǒng)就近接入，工作面監(jiān)測(cè)、控制、視頻、音頻等信號(hào)的共網(wǎng)共纜傳輸，利用集中監(jiān)控中心對(duì)設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控和協(xié)調(diào)控制，為后續(xù)的無人工作面的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

　　【關(guān)鍵詞】工業(yè)以太環(huán)網(wǎng),綜采工作面,自動(dòng)化,監(jiān)控系統(tǒng)

　　1.引言

　　隨著煤礦企業(yè)招工難，用工成本不斷提高，政策對(duì)職業(yè)病防治要求不斷提高，煤礦提出了安全增效、減人提效的采礦思路，而綜采工作面是煤礦生產(chǎn)的關(guān)鍵場(chǎng)所，如何解決綜采工作面自動(dòng)化問題越來越迫切，特別是薄煤層綜采工作面，由于環(huán)境條件差、空間狹小、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全性差等因素，各大集團(tuán)公司都寄希望于工作面自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，利用自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，提高工作面安全與生產(chǎn)效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

　　2.綜采工作面自動(dòng)化發(fā)展現(xiàn)狀

　　實(shí)現(xiàn)少人、無人的自動(dòng)化采礦是當(dāng)前國際采礦界研究的熱點(diǎn)。美國和澳大利亞的煤炭企業(yè)在這方面走在前面，20世紀(jì)80年代以來，他們?cè)诠ぷ髅娌捎昧擞?jì)算機(jī)（技術(shù)）、大功率電牽引采煤機(jī)、電液控制的液壓支架和具有軟啟動(dòng)（變頻）功能刮板輸送機(jī)，實(shí)現(xiàn)了工作面三機(jī)（液壓支架、采煤機(jī)、刮板機(jī)）的自動(dòng)化及井下環(huán)境安全信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。90年代開始，加拿大、芬蘭、瑞典分別制定了礦山自動(dòng)化方案，20世紀(jì)90年代初，加拿大國際鎳公司（Inco）開始研究遙控采礦技術(shù)；1992年，芬蘭采礦工業(yè)宣布智能采礦技術(shù)方案；瑞典制定向礦山自動(dòng)化進(jìn)軍的“Grountecknik2000戰(zhàn)略計(jì)劃”。在各種政策的指引下，經(jīng)過二十多年的開發(fā)與應(yīng)用，技術(shù)已基本成熟，形成了以比賽洛斯DBT和JOY為代表的監(jiān)控與設(shè)備配套銷售的企業(yè)和以Marco、Tifenbach、EEP為代表的專業(yè)控制系統(tǒng)提供商，各公司分別在2004年前后推出了升級(jí)換代產(chǎn)品，在性能、可靠性和自動(dòng)化水平上又上了一個(gè)新臺(tái)階，并不斷拓展相關(guān)配套產(chǎn)品和系統(tǒng)，組成自動(dòng)化工作面監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面所有設(shè)備的監(jiān)測(cè)監(jiān)控，最終實(shí)現(xiàn)工作面的少人化開采，逐步向無人化開采方式邁進(jìn)。

　　國內(nèi)上世紀(jì)九十年代，煤科總院太原分院、鄭煤機(jī)、北煤機(jī)分別自主開發(fā)出的電液控制系統(tǒng)，但受當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平和煤炭行業(yè)狀況限制，未能推廣應(yīng)用；從2004年開始，隨著神華支架國產(chǎn)化帶動(dòng)大量采用電液控制，天地科技與德國瑪珂合資成立了天地瑪珂電液控制系統(tǒng)有限公司，引進(jìn)了液壓支架電液控制系統(tǒng)，并逐步實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，在國內(nèi)得到了大量的使用和驗(yàn)證，性能可靠。隨后國內(nèi)涌現(xiàn)了一批電液控制企業(yè)，比如四川航天、鄭煤機(jī)、三一重裝、北煤機(jī)和平陽機(jī)械廠等，目前北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)有限公司和四川神坤的產(chǎn)品已在煤礦井下廣泛應(yīng)用，性能可靠。

　　3.需求分析

　�。�1）煤礦生產(chǎn)需要

　　綜采工作面是煤礦生產(chǎn)的源頭，隨著電子技術(shù)、通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷提高，國家政策的長期引導(dǎo)，我國的綜采設(shè)備得到了較大的發(fā)展，比如電牽引采煤機(jī)，大采高液壓支架，長距離大運(yùn)量的刮板機(jī)、膠帶機(jī)已經(jīng)大量使用于現(xiàn)場(chǎng)，各種單機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)有了一定的發(fā)展。綜采工作面設(shè)備較多，都集中在兩三百米的工作面范圍內(nèi)，而各種設(shè)備的控制工藝、控制方法不同，設(shè)備需配置一定的操作工進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制和檢修，浪費(fèi)了人力資源，并且設(shè)備檢測(cè)不實(shí)時(shí)，設(shè)備信息不共享，容易導(dǎo)致故障和事故，因此現(xiàn)場(chǎng)需要一套工作面自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)工作面這些設(shè)備集中監(jiān)測(cè)、控制，實(shí)現(xiàn)減員增效。

　　（2）國家政策引導(dǎo)

　　根據(jù)國家能源科技“十二五”規(guī)劃，已將基于數(shù)字礦山基礎(chǔ)信息平臺(tái)，礦山輔助運(yùn)輸控制技術(shù)，礦井安全生產(chǎn)信息綜合自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)，煤巖界面自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，基于三維定位的工作面水平控制及遠(yuǎn)程控制技術(shù)，工作面高可靠、高速、實(shí)時(shí)控制通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及寬帶多媒體平臺(tái)，智能化開采生產(chǎn)過程控制軟件，基于傳感網(wǎng)絡(luò)的礦壓實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)為研發(fā)方向的礦井?dāng)?shù)字化、工作面自動(dòng)化技術(shù)，煤炭高效自動(dòng)化采掘成套裝備等列入規(guī)劃；同樣，在煤炭工業(yè)“十二五”規(guī)劃中明確提出，將“支持煤礦無人工作面開采技術(shù)研發(fā)”，“提高煤礦裝備現(xiàn)代化、系統(tǒng)自動(dòng)化、管理信息化水平”，推進(jìn)千萬噸級(jí)綜采成套裝備、薄煤層機(jī)械化開采裝備、短壁綜采裝備、礦井信息網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化系統(tǒng)等煤礦重大裝備國產(chǎn)化。國家的政策引導(dǎo)，煤礦企業(yè)將投入大量的資金工作面自動(dòng)化系統(tǒng)，對(duì)市場(chǎng)具有較大的引導(dǎo)和促進(jìn)作用。

　�。�3）技術(shù)發(fā)展需要

　　從煤礦自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)看，全礦井高速信息網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)基本建成，形成了礦井信息高速公路，而實(shí)現(xiàn)礦井自動(dòng)化的關(guān)鍵是各末端的設(shè)備、子系統(tǒng)，而工作面是礦井生產(chǎn)的核心部位，是礦井自動(dòng)化建設(shè)投入的下一個(gè)主要目標(biāo)。隨著采煤自動(dòng)化程度的提高，為了提高工作面產(chǎn)量和效益，降低生產(chǎn)成本，選用可靠性高、故障率低、管理操作方便、性能優(yōu)良的電氣設(shè)備是各煤炭企業(yè)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效安全生產(chǎn)的必然選擇。隨著人員數(shù)量的減少，各種監(jiān)測(cè)信息不斷提高，對(duì)傳輸信道數(shù)量和帶寬提出了更高要求，真正實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、高效、高可靠、高安全的新一代自動(dòng)化自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了一礦一井一面的集約化生產(chǎn)。

　　4.設(shè)計(jì)方案

　　綜采工作面自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)如圖1、2所示，系統(tǒng)整體上分為三層架構(gòu)，即地面調(diào)度與管理層、監(jiān)控層和設(shè)備層。地面調(diào)度與管理層融入全礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)礦井的集中監(jiān)控和信息發(fā)布；監(jiān)控層由多臺(tái)礦用隔爆兼本安型監(jiān)控主機(jī)、控制臺(tái)等設(shè)備組合成集中監(jiān)控中心，放于順槽設(shè)備列車上，對(duì)整個(gè)工作面及順槽設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程、集中監(jiān)控；設(shè)備層主要實(shí)現(xiàn)綜采工作面采、裝、運(yùn)、支護(hù)及供電等設(shè)備的監(jiān)測(cè)與控制。系統(tǒng)在工作面內(nèi)部建立一條以工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)為基礎(chǔ)的高速信息網(wǎng)絡(luò)，擴(kuò)展各種通用接口，結(jié)合無線wifi設(shè)備的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)工作面有線、無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的全覆蓋，而工作面各種監(jiān)控設(shè)備就近接入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)工作面監(jiān)測(cè)、控制、視頻、音頻等信號(hào)的共網(wǎng)共纜傳輸，由集中控制中心整體協(xié)調(diào)工作面采、裝、運(yùn)、供電相關(guān)設(shè)備的安全、有序、高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　5.結(jié)論

　　通過與多個(gè)集團(tuán)、礦務(wù)局溝通，整體認(rèn)為此方案切實(shí)可行，可以在提高信息傳輸通道帶寬的同時(shí)，減少工作面內(nèi)部布線數(shù)量，降低系統(tǒng)維護(hù)難度，并且將工作面的各種信息集中到一個(gè)集中監(jiān)控中心，由集中監(jiān)控中心對(duì)整個(gè)工作面人員、設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)，解決了綜采工作面設(shè)備多、信息共享難的問題，將信息上傳礦井自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了綜采工作面信息與礦井信息的有機(jī)融合，為后續(xù)的綜采工作面無人化和礦井的自動(dòng)化奠定基礎(chǔ)。

　　參考文獻(xiàn)

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