宋歌 李海明
山东省德州市齐河县赵官镇邱集煤矿，山东 德州251105
摘要:当前煤炭生产迫切需求以综合智能控制为基础，以安全高效协同作业为目标，以优化生产工艺流程为手段，实现数据高度集成与利用，创新现代化煤炭生产运营模式，打造世界一流煤矿。针对开采工作面“透明化”生产需要解决的问题，通过将开采各个系统接入环网，利用三网交换机，将矿井各种网络融为一体，真正地将井下“封闭”的作业空间全方位“透明化”。
关键词:自动化;数据利用;透明化生产
引言
目前部分煤矿井下运输系统实现了集中控制，井下排水泵房、变电所实现了远程监视及控制，采掘工作面正在向少人化、智能化开采迈进，逐步实现了“有人巡视，无人值守”，随着现有技术的不断发展，各种新兴技术不断涌现，对煤矿井下智能化开采提出了新的要求，怎么利用井下环网与5G网络等各种手段传输使智能化开采更加透明化，成为我们现阶段研究的新课题。文中将结合开采工作面透明化生产实际情况，进行系统分析、研究，更好的服务于煤矿安全生产。
1现状与问题
1.1煤矿智能化开采工作面现状
随着现代科技日新月异的发展，全国大部分矿井都在提高矿井自动化水平，但是现阶段部分矿井井下工作面生产环境仍然相对较差，生产区域条件复杂移动设备多，移动设备多，电气设备数据上传难度较大，掘进工作面涉及的范围广，搬家倒面频繁，设备布置较为分散、移动频繁，人员劳动强度大。目前部分煤矿已经实现了井下运输系统的一站式运输、电力系统自动化、采掘工作面智能化开采等技术，取消了固定岗位工，减少了井下作业人员数量和人员劳动强度，改善了工人作业环境，但是，部分矿井还存在的智能化程度不高，人员占用较多等问题较为突出，智能化工作面的建设尤显重要。
1.2需要解决的问题
近年来，我国许多煤矿企业将综采自动化引入到开采过程中，应用记忆割煤、远程视频监控、自动找直、红外热成像煤岩识别等技术，但由于地理信息的不透明性，开采过程中缺乏指导信息和有效的煤岩识别手段，目前开采仍主要依赖人的经验，难以实现真正的智能化开采。基于这一情况，笔者提出建设透明工作面的设想。
在采矿工程、物联网、大数据与人工智能等理论基础上，透明工作面以真实的综采工作面为原型，以绝对地质三维坐标为参考系，以地质勘探、地理信息系统、传感器、网络系统、远程控制、三维虚拟仿真等技术为支撑，采集综采工作面的全生命周期数据，监测全开采过程，并进行智能分析决策以及一体化集成自适应控制的技术系统，使煤炭智能开采技术迈入3.0时代，引领智能化开采新方向，打造煤炭工业新基建样板。其主要内容如下。
1.3 回采工作面随釆地震监测技术
以采煤机截割过程中激发的地震弹性波为震源,在釆掘工作面前方预埋地震传感器,通过随采地震大数据信息动态采集、处理和解释，反演出工作面范围内静态的构造发育和动态的应力变化;并根据监测结果，实时优化、动态刷新采掘工作面三维地质模型，逐次、递进式实现工作面透明化，查明工作面前方影响智能开采的小断层及其他地质异常体,构建回采工作面前方不少于50m范围内的三维地质透明化动态模型，可以实现煤炭智能精准开采从“记忆截割”向“预想截割”的跨越。
1.4工作面数据上传
数据传输方案:随着现代科学技术的不断发展，煤矿也由最初的人力开采逐步发展到当今打造数字化、智能化矿山的时代。数字化矿山的建设对井下电气设备的通讯功能提出了更为严苛的要求。以往的视频上传依靠网线或者光缆作为传输媒介进行数据传输，摄像头通过铺设相当距离的缆线进入核心交换机再通过以太网传至数据采集箱进入井下工业环网，再经过井下工业环网上传至地面监控中心。实施方案:①在破碎机机身安装AP通信基站，将AP基站数据接入5G基站;②在梭车驾驶室内安装CPE通信基站，摄像头固定在梭车一侧，摄像头通过网线接入CPE通信基站;③将破碎机处AP通信基站、梭车CPE基站、摄像头统一规划的IP地址，CPE与AP基站实现无线通讯，视频即可通过5G综合分站进入井下工业环网，然后传至地面调度指挥中心。
1.5多源异构地质信息动态融合技术
以智能开采工作面运输巷的集控中心为核心，建立多源异构数据的共享、互馈平台,在三维地质模型、釆煤机监控系统、液压支架、运输机、转载机、破碎机、皮带机、泵站等子系统或设备之间，相互开放数据通讯协议,实现数据共享。利用光纤通讯和信息控制技术,将智能开采工作面的初始地质模型，提交给智能开采的集控中心；利用采煤机实际揭露、控制的煤岩信息以及随采智能探测信息，动态优化三维地质模型,并将优化后的三维地质模型和预想截割地质剖面,实时提交给智能采掘系统进行超前规划，形成地质、采矿、机电等多源异构信息的实时共享和动态反馈，保障采煤机、液压支架和刮板输送运输机等智能运转,实现智能开采真正意义上的自感知、自学习、自适应、自调整，为煤炭资源智能精准开采提供智能探测和“地质导航”。
2 取得的成效
通过对开采集控系统的应用，从生产报表中开机时间、支护时间、开机率等数据的观察、分析，更清楚、详细地了解工作面每台设备的生产运行情况，从而提高了设备的有效开机率，合理组织安排检修、督促生产，减少了人员和资源的浪费，改善了工人的工作环境。工作面视频的无线上传，方便地面人员及时了解工作面的实际情况。传统的视频上传方式已无法满足移动的运输和电气设备使用需要，无线上传既减少了人工，减少了员工的劳动强度，也可减少因设备行驶过程中不必要的缆线损坏，减少材料损耗。目前掘进工作面每部胶带机机头摄像机可视化已全覆盖，工作面、集控室和调度指挥中心均可实时监控运行情况，掘进工作面以及沿线的可视可控自动化管理系统成功将胶带机、电器设备、移动设备运行过程中的“人－机－环－管”数据信息相融合，减少了人工、减少了材料损耗、方便了地面监控、督促，真正的将井下“封闭”的作业空间全方位、“透明化”的呈现在眼前。
参考文献:
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