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矿井综采工作面三机智能化控制研究

摘要：随着工业化、信息化技术不断发展，煤矿井下先进的通信技术、控制

技术等不断应用，在一定程度提升了矿井综合智能化控制水平。矿井生产过程中，

综采工作面是主要的煤炭开采、运输场所，实现采面内采煤机、刮板输送机以及

液压支架合理衔接、配套，是实现煤炭资源高效回采的重要保障。为此，众多的

学者及工程技术人员对综采工作面三机配套问题展开研究，基于智能感知技术构

建三机智能控制系统，并对控制系统执行层、感知层、巷道集控和地面监控等进

行详细阐述，该智能控制系统综合惯性导航、雷达、里程计以及先进传感器等实

现智能协同控制，现场实践也取得较好效果;基于编程思维构建“三机”设备选

型与智能控制系统，便于选出适合采面现场情况的成套设备，为采面三机配套选

型提供一定指导。本文主要分析矿井综采工作面三机智能化控制。

关键词：煤炭开采；综采设备；智能化控制；惯性导航

引言

构建智能化矿井是实现煤炭高效开采、减少井下工作人员数量的主要途径之

一，而综采工作面是矿井主要生产场所，实现综采工作面三机智能化控制是智能

化矿井建设的主要内容。由于传统的综采工作面各设备受控制方式、通信方式等

因素制约，无法实现集中智能化控制，为此文中构建的三机智能化控制系统采用

无线基站、光纤通信等方式实现信息交互，通过采用先进的惯性导航系统、传感

器检测技术等实现三机设备智能化控制。

1、自动化综采联控系统

为了满足煤矿井下智能化联动运行控制的需求，就要实现对井下综采环境、

综采设备、支护设备、运输设备运行状态的在线监测和分析，根据分析结果实现

对各设备运行情况的智能调控，因此结合井下各设备的运行特性和连续化综采作

业需求。该自动化综采联控系统的分布主要包括地面、井下巷道和采场三个部分。

地面部分是指移动终端设备群，主要包括了数据服务器、调度控制中心和集团控

制网络，主要是用于显示井下综采设备的联动运行状态，同时在紧急情况下可以

实施远程越级控制，提高井下综采作业的安全性。井下巷道部分主要是顺槽集控

中心，主要包括了液压支架控制系统、采煤机控制系统、带速输送机控制系统和

数据处理单元四个部分，主要用于对液压支架组运行状态、采煤机运行状态、带

式输送机运行状态的集中监测和联动控制，确保综采面的巷道支护、煤炭综采及

运输的动态平衡运行，提高作业效率和自动化程度。采场部分主要是指井下巷道

内的各类传感器设备，用于对井下作业环境、采煤机、刮板输送机的运行情况进

行集中监测和数据传输，同时对各调控指令的执行情况进行监测，满足调控准确

性的需求。

2、三机智能化控制

2.1采煤机智能化控制

将惯导系统应用到采煤机智能化控制中，系统监测数据经工业以太网传输到

集控中心，经中央处理器处理、转换成综采设备可识别的控制指令，实现一键启

停、推移支架以及精准推溜等功能，提升采面设备精细化管理水平。通过惯导系

统、传感器(倾角、振动传感器)及电控参数确定采煤机姿态，实现记忆截割，并

通过瓦斯浓度、采煤机及运输系统负载等调整采煤机牵引、截割速度。采煤机割

煤时以记忆截割为主、人工干预为辅，采煤机割煤遇特殊情况时需人工干预，采

用的割煤方式可明显降低采煤司机工作强度。

2.2刮板输送机智能化控制

刮板输送机直线度检测及智能化控制综合使用惯导与里程计融合技术、多信

息融合技术。惯导与里程计融合技术主要实现刮板输送机直线度检测，而多信息

融合技术实现液压支架跟机运行及自动调直。1)惯导与里程计融合技术。主要包

括惯导测量组件、集控中心、任务计算机以及里程计等。惯性导航系统、里程计

均置于采煤机上，实现采煤机运行姿态(包括航向角、横滚角以及仰俯角等)实时

监测，并通过里程计实现采煤机位置精准定位，通过获取到的采煤机运行轨迹掌

握刮板输送机直线度，为后续调直提供支持;同时采用的惯导系统由于能反映采

煤机姿态，也可为采煤机采高调节、液压支架跟机运行等提供支撑。2)多信息融

合技术。跟机运行及调直控制是实现智能化生产的关键之一。将惯导系统、里程

计、液压支架传感器参数以及雷达传感器参数等传输至巷道集控中心进行融合分

析;依据刮板输送机直线度检测结果、液压支架行程参数等得到采煤机割煤后液

压支架推移量偏差。

2.3三机智能化控制

将采煤机、刮板输送机以及液压支架智能控制系统整合，实现三机智能化控

制。同时控制数据均可通过手机移动端APP、Web端等查看，便于工作人员快速

掌握井下设备运行情况。三机智能化可实现煤流负载均衡控制，采面负载均衡控