三软两大倾斜中厚煤层综合机械化采煤自动控制系统

摘要

本发明公开了一种三软两大倾斜中厚煤层综合机械化采煤自动控制系统，包括采煤机控制系统、供电系统、支架电液控系统、运输机控制系统、泵站控制系统、工作面视频系统以及集控中心，采煤机控制系统、供电系统、支架电液控系统、运输机控制系统、泵站控制系统和工作面视频系统分别与集控中心通讯连接。本发明利用自动控制、传感器、计算机、设备工况监测及故障诊断、电液控制、集中控制等多种自动化技术，通过现场总线与巷道控制中心联网，构成与刮板输送机、皮带输送机、采煤机、泵站等井下设备的联动功能，实现整个三软两大中厚煤层综采工作面的综合自动化采煤，有效提高煤炭资源开采效率，保障煤矿安全、减少用工、降低工人劳动强度。

权利要求

1.一种三软两大倾斜中厚煤层综合机械化采煤自动控制系统，其特征在于，所述自动控制系统包括：

采煤机控制系统、供电系统、支架电液控系统、运输机控制系统、泵站控制系统、工作面视频系统以及集控中心，所述采煤机控制系统、供电系统、支架电液控系统、运输机控制系统、泵站控制系统和工作面视频系统分别与所述集控中心通讯连接，其中，所述采煤机控制系统，用于通过手动操作和/或遥控器操作方式对采煤机进行控制，实现记忆割煤功能，同时将采煤机的信息数据和控制命令通过有线和/或无线方式传输至所述集控中心进行监测和控制；

所述供电系统，用于实现综采工作面各设备的配电与供电，并将各供电线路上的开关的状态信息通过专用总线传输至所述集控中心进行监测和控制；

支架电液控系统，用于接收集控中心下发的控制命令，并根据控制命令采集各系统的传感器数据，同时将所述传感器数据和支架电液控系统状态数据传输至集控中心进行监测与控制；

运输机控制系统，用于实现与采煤机匹配控制，达到采煤机与刮板输送机载荷平衡，同时将刮板输送机的电机参数、电压以及电流信息传输至集控中心进行监测与控制；

泵站控制系统，用于实现综采工作平面液压系统供液的智能控制，同时将液压系统中供液电机参数、电压、电流、泵站液位以及压力油过滤信息传输至集控中心进行监测与控制；

工作面视频系统，用于采集面向综采工作面煤壁和沿溜子方向的视频，以及综采工作面端头、端尾和搭接处的视频，并将采集到的视频通过以太网传输至集控中心进行监测；

集控中心，用于接收采煤机控制系统、供电系统、支架电液控系统、运输机控制系统、泵站控制系统以及工作面视频系统上报的数据信息，并对接收到的数据信息进行监测与判断，远程控制各系统中每一台设备以及实现各系统中设备的联动控制，对各系统故障以及设备故障进行分集管理；

所述集控中心包括位于矿井内的顺槽监控中心和位于矿井上的地面监控中心，所述顺槽监控中心与所述地面监控中心通过矿井自动化网络通讯连接，所述采煤机控制系统、供电系统、支架电液控系统、运输机控制系统、泵站控制系统和工作面视频系统分别与所述顺槽监控中心通讯连接；

所述支架电液控系统包括安装于顺槽巷道中的主控计算机和多个单架电液控制装置，其中，一个单架电液控制装置用于控制综采工作面的一组液压支架组，所述多个单架电液控制装置通过现场总线与所述主控计算机通讯连接；

所述主控计算机通过网络终端器分别与所述集控中心的顺槽监控中心和地面监控中心网络连接；

所述单架电液控制装置包括一个支架控制器、一个用于检测采煤机位置的红外传感器、一个用于检测液压支架立柱下腔液压力的压力传感器和一个用于液压支架上推移千斤顶行程的行程传感器。

2.根据权利要求1所述的三软两大倾斜中厚煤层综合机械化采煤自动控制系统，其特征在于，所述红外传感器包括红外发射器和红外接收器，所述红外发射器安装于所述采煤机上，所述红外接收器设有多个，每个所述支架控制器均安装有一个所述红外接收器。

3.根据权利要求1所述的三软两大倾斜中厚煤层综合机械化采煤自动控制系统，其特征在于，相邻的多个5个所述支架控制器由一路独立的防爆电源模块供电，由同一路独立的防爆电源模块供电的所有所述支架控制器构成一个控制器组。

4.根据权利要求3所述的三软两大倾斜中厚煤层综合机械化采煤自动控制系统，其特征在于，多个所述控制器组通过隔离耦合器与防爆电源箱的多路独立的防爆电源模块对应连接。

说明书

三软两大倾斜中厚煤层综合机械化采煤自动控制系统

技术领域

[0001] 本发明涉及煤矿自动化装备技术领域，尤其涉及一种三软两大倾斜中厚煤层综合机械化采煤自动控制系统。

背景技术

[0002] 近年来煤炭行业已经大面积推广机械化、自动化并逐步向无人化的智能控制开采方向发展，煤炭企业开始启动自动化控制开采系统，达到减人提效目标。受能源结构调整和经济减速影响，煤炭行业景气度持续下滑，减人提效将成为各大企业的工作重点。受钢铁煤炭行业化解过剩产能和脱困发展工作部际联席会议委托，中国煤炭工业协会结合行业发展实际，研究制定并由国家发改委公布了煤炭先进产能评价依据(暂行)。《煤炭先进产能评价依据(暂行)》明确要求未来的先进产能标准：(1)煤矿综合机械化采煤比例达到100％；(2)井工煤矿综合单产不低于20万t/(个.月)；(3)井工煤矿原煤生产人员效率不低于13t/工或全员效率不低于2000t/年。

[0003] 2018年以来，国内自动化、智能化采煤技术与应用出现蓬勃发展之势。国家重点研发计划项目《煤矿智能开采安全技术与装备研发》稳步推进；国家重点研发计划项目《千万吨级特厚煤层智能化综放开采关键技术及示范》立项并启动，两个相关示范工作面相继进入联合试运转并有序推进；中国中煤能源集团有限公司成立中煤装备研究院(下设智能化开采技术研究所)，中煤能源集团批复山西中煤华晋能源有限责任公司《综采放顶煤智能化开采技术研究》项目实施方案，开始进行智能综放技术研究；GB/T 51272‑2018《煤炭工业智能化矿井设计标准》自9月1日起正式实施；智慧矿山物联网开放平台 研发成功并应用；贵州发耳、贵州众一、神东榆家梁等薄煤层智能综采工作面相继投入生产；神东8.8m超大采高综采工作面顺利投产，山东能源枣矿集团付村煤矿6m大采高综采工作面顺利投产，黄陵二号煤矿416大采高智能综采工作面顺利回采完毕并进入418大采高智能综采工作面；我国建成145个智能化采煤工作面；同煤集团同忻矿“千万吨级综放工作面关键技术及示范工程”项目荣获中国煤炭工业协会科学技术一等奖；神华宁煤矿区开始大规模应用LASC技术，兖矿集团北斗天地等单位开始研制基于国产惯性导航系统的综采工作面自动找直技术；煤炭信息研究院组建“煤矿机器人协同推进中心”，专门协调推进煤矿机器人研发应用，服务煤矿安全基础建设和煤矿本质安全水平提升；国家煤监局公布《煤矿机器人重点研发目录》，第一次明确提出，聚焦关键岗位、危险岗位，重点研发应用掘进、采煤、运输、安控和救援五大类、38种煤矿机器人；随着国家对智能化开采的重视，各大煤矿集团进入智能化综采应用的高潮。

[0004] 煤炭企业为了降低生产成本并实现矿井的高产高效和安全稳定，就必须提高综采工作面的自动化水平。实现综采工作面自动化控制，使一系列的采煤过程自动完成，可减少工作面作业人员数量，降低劳动强度，提供高质量工作环境，而更加完善稳定的自动化控制系统在保证高产高效的同时降低了生产成本，也是提高市场核心竞争力的重要手段，另一方面实现无人或少人化综采工作面也从根本上解决了煤矿事故频发人员伤亡的现状，提高了采煤过程的安全保障水平。

[0005] 因此，发展自动化综采，是煤矿企业减人提效、保障安全的主要方向。目前，国内“三软两大”(即顶板软、底板软、煤壁软、围岩膨胀率大、围岩位移量大)中厚煤层综采面的综采过程自动化程度低，传统的综采工作面控制系统无法匹配三软两大中厚煤层综采工作面的控制环境，因此，如何实现对三软两大中厚煤层综采工作面采煤机械的自动控制是目前亟待解决的问题。

发明内容

[0006] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，特别创新地提出了一种三软两大倾斜中厚煤层综合机械化采煤自动控制系统，利用自动控制、传感器、计算机、设备工况监测及故障诊断、电液控制、集中控制等多种自动化技术，通过现场总线与巷道控制中心联网，构成与刮板输送机、皮带输送机、采煤机、泵站等井下设备的联动功能，实现整个三软两大中厚煤层综采工作面的综合自动化采煤，有效提高煤炭资源开采效率，保障煤矿安全、减少用工、降低工人劳动强度。

[0007] 为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种三软两大倾斜中厚煤层综合机械化采煤自动控制系统，其特征在于，所述自动控制系统包括：

[0008] 采煤机控制系统、供电系统、支架电液控系统、运输机控制系统、泵站控制系统、工作面视频系统以及集控中心，所述采煤机控制系统、供电系统、支架电液控系统、运输机控制系统、泵站控制系统和工作面视频系统分别与所述集控中心通讯连接，其中，[0009] 所述采煤机控制系统，用于通过手动操作和/或遥控器操作方式对采煤机进行控制，实现记忆割煤功能，同时将采煤机的信息数据和控制命令通过有线和/或无线方式传输至所述集控中心进行监测和控制；

[0010] 所述供电系统，用于实现综采工作面各设备的配电与供电，并将各供电线路上的开关的状态信息通过专用总线传输至所述集控中心进行监测和控制；

[0011] 支架电液控系统，用于接收集控中心下发的控制命令，并根据控制命令采集各系统的传感器数据，同时将所述传感器数据和支架电液控系统状态数据传输至集控中心进行监测与控制；

[0012] 运输机控制系统，用于实现与采煤机匹配控制，达到采煤机与刮板输送机载荷平衡，同时将刮板输送机的电机参数、电压以及电流信息传输至集控中心进行监测与控制；

[0013] 泵站控制系统，用于实现综采工作平面液压系统供液的智能控制，同时将液压系统中供液电机参数、电压、电流、泵站液位以及压力油过滤信息传输至集控中心进行监测与控制；

[0014] 工作面视频系统，用于采集面向综采工作面煤壁和沿溜子方向的视频，以及综采工作面端头、端尾和搭接处的视频，并将采集到的视频通过以太网传输至集控中心进行监测；

[0015] 集控中心，用于接收采煤机控制系统、供电系统、支架电液控系统、运输机控制系统、泵站控制系统以及工作面视频系统上报的数据信息，并对接收到的数据信息进行监测与判断，远程控制各系统中每一台设备以及实现各系统中设备的联动控制，对各系统故障以及设备故障进行分集管理。

[0016] 优选地，所述集控中心包括位于矿井内的顺槽监控中心和位于矿井上的地面监控中心，所述顺槽监控中心与所述地面监控中心通过矿井自动化网络通讯连接，所述采煤机控制系统、供电系统、支架电液控系统、运输机控制系统、泵站控制系统和工作面视频系统分别与所述顺槽监控中心通讯连接。

[0017] 优选地，所述支架电液控系统包括安装于顺槽巷道中的主控计算机和多个单架电液控制装置，其中，一个单架电液控制装置用于控制综采工作面的一组液压支架组，所述多个单架电液控制装置通过现场总线与所述主控计算机通讯连接。

[0018] 优选地，所述主控计算机通过网络终端器分别与所述集控中心的顺槽监控中心和地面监控中心网络连接。

[0019] 优选地，所述单架电液控制装置包括一个支架控制器、一个用于检测采煤机位置的红外传感器、一个用于检测液压支架立柱下腔液压力的压力传感器和一个用于液压支架上推移千斤顶行程的行程传感器。

[0020] 优选地，所述红外传感器包括红外发射器和红外接收器，所述红外发射器安装于所述采煤机上，所述红外接收器设有多个，每个所述支架控制器均安装有一个所述红外接收器。

[0021] 优选地，相邻的多个5个所述支架控制器由一路独立的防爆电源模块供电，由同一路独立的防爆电源模块供电的所有所述支架控制器构成一个控制器组。

[0022] 优选地，多个所述控制器组通过隔离耦合器与防爆电源箱的多路独立的防爆电源模块对应连接。

[0023] 由以上方案可知，本发明提供了一种三软两大倾斜中厚煤层综合机械化采煤自动控制系统，利用自动控制、传感器、计算机、设备工况监测及故障诊断、电液控制、集中控制等多种自动化技术，通过现场总线与巷道控制中心联网，构成与刮板输送机、皮带输送机、采煤机、泵站等井下设备的联动功能，实现整个三软两大中厚煤层综采工作面的综合自动化采煤，有效提高煤炭资源开采效率，保障煤矿安全、减少用工、降低工人劳动强度。

[0024] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

[0025] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

[0026] 图1是本发明一种优选实施方式中三软两大倾斜中厚煤层综合机械化采煤自动控制系统的系统框架图；

[0027] 图2是本发明具体实施例中支架电液控系统的结构拓扑图；

[0028] 图3是本发明具体实施例中支架电液控系统的工作原理图。

具体实施方式

[0029] 下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

[0030] 本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

[0031] 本发明提供了一种三软两大倾斜中厚煤层综合机械化采煤自动控制系统，如图1所示，该自动控制系统包括：

[0032] 采煤机控制系统、供电系统、支架电液控系统、运输机控制系统、泵站控制系统、工作面视频系统以及集控中心，采煤机控制系统、供电系统、支架电液控系统、运输机控制系统、泵站控制系统和工作面视频系统分别与集控中心通讯连接，其中，

[0033] 采煤机控制系统，用于通过手动操作和/或遥控器操作方式对采煤机进行控制，实现记忆割煤功能，同时将采煤机的信息数据和控制命令通过有线和/或无线方式传输至集控中心进行监测和控制；

[0034] 供电系统，用于实现综采工作面各设备的配电与供电，并将各供电线路上的开关的状态信息通过专用总线传输至集控中心进行监测和控制；

[0035] 支架电液控系统，用于接收集控中心下发的控制命令，并根据控制命令采集各系统的传感器数据，同时将传感器数据和支架电液控系统状态数据传输至集控中心进行监测与控制；

[0036] 运输机控制系统，用于实现与采煤机匹配控制，达到采煤机与刮板输送机载荷平衡，同时将刮板输送机的电机参数、电压以及电流信息传输至集控中心进行监测与控制；

[0037] 泵站控制系统，用于实现综采工作平面液压系统供液的智能控制，同时将液压系统中供液电机参数、电压、电流、泵站液位以及压力油过滤信息传输至集控中心进行监测与控制；

[0038] 工作面视频系统，用于采集面向综采工作面煤壁和沿溜子方向的视频，以及综采工作面端头、端尾和搭接处的视频，并将采集到的视频通过以太网传输至集控中心进行监测；

[0039] 集控中心，用于接收采煤机控制系统、供电系统、支架电液控系统、运输机控制系统、泵站控制系统以及工作面视频系统上报的数据信息，并对接收到的数据信息进行监测与判断，远程控制各系统中每一台设备以及实现各系统中设备的联动控制，对各系统故障以及设备故障进行分集管理。

[0040] 在本实施中，如图1所示，集控中心包括位于矿井内的顺槽监控中心和位于矿井上的地面监控中心，顺槽监控中心与地面监控中心通过矿井自动化网络通讯连接，采煤机控制系统、供电系统、支架电液控系统、运输机控制系统、泵站控制系统和工作面视频系统分别与顺槽监控中心通讯连接。具体地，如图1所示，地面监控中心包括通过网络相互连接的公司调度指挥中心和矿调度指挥中心，矿调度指挥中心包括视频主机、监控主机和服务器。

[0041] 在本实施中，如图2、图3所示，支架电液控系统包括安装于顺槽巷道中的主控计算机和多个单架电液控制装置，其中，一个单架电液控制装置用于控制综采工作面的一组液压支架组，多个单架电液控制装置通过现场总线与主控计算机通讯连接。该系统具有自动跟机功能，根据采煤机的位置进行相应的推溜、移架、以及自动进刀等。

[0042] 在本实施中，如图2、图3所示，主控计算机通过网络终端器分别与集控中心的顺槽监控中心和地面监控中心网络连接。实现顺槽巷道中相关设备的监测控制功能。并可把数据通过光缆传输到地面监控中心，顺槽主控制计算机与工作面液压支架实时控制系统之间对接点是端头或端尾支架控制器的通信端口。通过与支架控制一样的现场总线，与巷道控制中心联网，构成与刮板输送机、皮带输送机、转载机、采煤机、泵站等井下设备的联动功能，实现整个工作面的综合自动化采煤。

[0043] 在本实施中，如图2、图3所示，单架电液控制装置包括一个支架控制器、一个用于检测采煤机位置的红外传感器、一个用于检测液压支架立柱下腔液压力的压力传感器和一个用于液压支架上推移千斤顶行程的行程传感器。

[0044] 在本实施中，如图2、图3所示，红外传感器包括红外发射器和红外接收器，红外发射器安装于采煤机上，红外接收器设有多个，每个支架控制器均安装有一个红外接收器。

[0045] 在本实施中，如图2、图3所示，相邻的多个5个支架控制器由一路独立的防爆电源模块供电，由同一路独立的防爆电源模块供电的所有支架控制器构成一个控制器组。

[0046] 在本实施中，如图2、图3所示，多个控制器组通过隔离耦合器与防爆电源箱的多路独立的防爆电源模块对应连接。隔离耦合器隔断组与组间的电气连接而通过光电耦合沟通数据信号。

[0047] 具体地，在本实施例中，所有支架控制器靠现场总线电缆互联成网络，总线电缆从端头支架控制器开始，一直到端尾支架控制器，顺序将全部支架控制器连接起来(在两组分界点由隔离耦合器接口)。每个支架控制器都有地址编号，并按连接顺序连续编号。

[0048] 由以上方案可知，本发明提供了一种三软两大倾斜中厚煤层综合机械化采煤自动控制系统，利用自动控制、传感器、计算机、设备工况监测及故障诊断、电液控制、集中控制等多种自动化技术，通过现场总线与巷道控制中心联网，构成与刮板输送机、皮带输送机、采煤机、泵站等井下设备的联动功能，实现整个三软两大中厚煤层综采工作面的综合自动化采煤，有效提高煤炭资源开采效率，保障煤矿安全、减少用工、降低工人劳动强度。

[0049] 本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read‑Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

[0050] 本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

[0051] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。