CN103306700B - 一种煤矿综采工作面无人值守作业的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿综采工作面无人值守作业的控制方法，是基于端头控制器的集中控制功能来实现的，端头控制器采用双RS485总线通讯模式，其中一条总线用于巡检工作面液压支架的工作状态参数，并实时传递给中央防爆计算机；另一条总线用于集中控制，通过巡检液压支架的状态参数来确定采煤机的运行位置，进而通过总线向间架控制器发送控制命令，控制液压支架动作，配合行进中的采煤机进行自动化作业；并且端头控制器通过控制支架推镏形成弯曲段来协助采煤机实现斜切进刀和三角煤截割工艺。本发明实现工作面的无人值守自动化生产，自动化程度高，通讯稳定可靠，可提高开采效率，保障安全生产，降低劳动强度，适用范围广。

Description

一种煤矿综采工作面无人值守作业的控制方法

技术领域

本发明涉及煤矿井下液压支架电液控制领域，特别是通过端头控制器的集中控制功能来实现的一种煤矿综采工作面无人值守作业的控制方法，以达到煤矿井下的自动化开采。

背景技术

随着煤炭工业的飞速发展，高产高效综采工作面自动化生产是我国煤矿的发展方向。液压支架电液控制技术是实现综采工作面自动化采煤的关键技术，是提高煤炭开采效率、保证井下安全生产的重要途径。端头控制器作为控制核心远程集中控制各间架控制器以达到控制相应液压支架协调工作的目的。这种控制方式可以配合行进中的采煤机和刮板输送机，进行追击拉架，实现工作面无人值守，提高煤矿井下开采效率和自动化水平。

目前，我国综采工作面液压支架电液控制技术虽然已取得很大进步，但主要集中在液压支架控制器的研究上，在液压支架自动化控制方面没有进行过深入的研究。目前使用的液压支架电业控制系统普遍存在通信抗干扰能力差、自动化控制效果差、安全性不高以及开采效率低等问题。因此，在煤矿井下没有得到推广使用，更不能满足高产高效综采工作面的生产要求。也正是由于此，严重制约着我国高产高效综采工作面的发展和普及，成为限制我国煤炭工业发展的瓶颈。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种煤矿综采工作面无人值守作业的控制方法，通过端头控制器的集中控制功能来实现，依据工作面采煤机的作业位置，通过控制各间架控制器，指挥对应液压支架协调动作，实现工作面的无人值守自动化生产。

本发明提供的技术方案是：一种煤矿综采工作面无人值守作业的控制方法，其特征在于：是基于端头控制器的集中控制功能来实现的，端头控制器采用双RS485总线通讯模式，其中一条总线用于巡检工作面液压支架的工作状态参数，并实时传递给中央防爆计算机，为实现工作面远程状态监测提供可靠稳定的判断依据和数据保障；另一条总线用于集中控制，通过巡检液压支架的状态参数来确定采煤机的运行位置，进而通过总线向间架控制器发送控制命令，控制液压支架动作，配合行进中的采煤机进行自动化作业；并且端头控制器通过控制支架推镏形成弯曲段来协助采煤机实现斜切进刀和三角煤截割工艺。

端头控制器通过其中一条总线巡检工作面液压支架的工作状态参数时，先向间架控制器发送巡检液压支架运行参数的命令，执行接收运行参数程序，接收完一架液压支架的参数后，再向下一架发送巡检命令，进而依次巡检整个工作面所有液压支架的状态参数；巡检完毕以后，通过判断开关量中表示采煤机位置的标志位是否为1，来确定采煤机的实时位置；然后，以采煤机所对应的液压支架号为中心，前后各取若干架为巡检范围，进行下一轮巡检，循环进行这个过程，并将巡检回来的状态参数传递给中央防爆计算机。

本发明的优点在于：本发明实现工作面的无人值守自动化生产，整个过程不需要人工干预，不需要输入参数，自动化程度高，通讯稳定可靠，可提高开采效率，保障安全生产，降低劳动强度。此外，本发明适用范围广，适用于双立柱大采高液压支架、四立柱液压支架、全截深双向采煤工艺和半截深双向采煤工艺，对实现整个综采工作面的自动化控制，提高工作面采煤效率，保障生产安全具有重要的现实意义。

附图说明

图1是本发明所述方法的系统结构图；

图2是本发明所述方法的采煤机运行方向判断方法图；

图3是本发明所述方法的采煤机中间区段运行集中控制液压支架动作流程图；

图4是本发明所述方法的采煤机斜切进刀时集中控制液压支架动作流程图；

图5是本发明所述方法的采煤机割三角煤时集中控制液压支架动作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，本发明不仅局限于此。

如图1所示，现有技术中，无人值守工作面液压支架电液控制系统包括中央控制系统和支架控制系统。支架控制系统是整个液压支架电液控制系统的基本单元，主要由间架控制器和各钟传感器构成，负责采集和上传液压支架状态参数和采煤机位置信号，就地控制相应的液压支架；其中，间架控制器可以实现对液压支架的邻架控制，同时集成了红外信号接收装置，连接了压力传感器和位移传感器，可以采集液压支架的立柱压力、推镏位移等状态参数，是液压支架电液控制系统的基本单元。中央控制系统是电液控制系统的中心环节，主要由端头控制器和中央防爆计算机构成，能够与地面控制计算机和液压支架间架控制器相连接实现网络化自动控制；其中，端头控制器是整个系统进行通讯和控制的中心环节，与间架制器之间采用双总线RS485通讯模式和MODBUS通讯协议。

本发明的一种煤矿综采工作面无人值守作业的控制方法，是基于端头控制器的集中控制功能来实现的，端头控制器采用双RS485总线通讯模式，其中一条总线用于巡检工作面液压支架的工作状态参数，并实时传递给中央防爆计算机，为实现工作面远程状态监测提供可靠稳定的判断依据和数据保障；另一条总线用于集中控制，通过巡检液压支架的状态参数来确定采煤机的运行位置，进而通过总线向间架控制器发送控制命令，控制液压支架动作，配合行进中的采煤机进行自动化作业；并且端头控制器通过控制支架推镏形成弯曲段来协助采煤机实现斜切进刀和三角煤截割工艺。

端头控制器通过其中一条总线巡检工作面液压支架的工作状态参数时，先向间架控制器发送巡检液压支架运行参数的命令，执行接收运行参数程序，接收完一架液压支架的参数后，再向下一架发送巡检命令，进而依次巡检整个工作面所有液压支架的状态参数；巡检完毕以后，通过判断开关量中表示采煤机位置的标志位是否为1，来确定采煤机的实时位置；然后，以采煤机所对应的液压支架号为中心，前后各取若干架为巡检范围，本实施例中前后选取15架共30架进行下一轮巡检，循环进行这个过程，并将巡检回来的状态参数传递给中央防爆计算机。防爆计算机可以实现本系统与其他系统的通讯和信息交流，诸如三机监测系统等。

端头控制器通过矿用电缆和间架控制器连接，可以实现远程手动控制和集中控制。远程手动控制是指在端头控制器上实现对整个工作面任意一个液压支架的手动控制，集中控制建立在手动控制之上，主要分巡检、判断、控制三个过程，先巡检采煤机的位置信号，判断出采煤机在工作面的行进方向，根据采煤工艺流程，向间架控制器发送命令，基于采煤机的工作位置，控制相应液压支架动作，配合采煤机进行采煤作业，不需要手动参与。

此外，综采工作面采煤工艺流程分为中间区段、斜切进刀、割三角煤、返回中间段四个作业过程。其中，中间区段和返回中间段作业工序简单，而斜切进刀、割三角煤这两个阶段相对复杂，采煤工艺特殊，工人劳动强度大。因此，在这两个阶段实现集中控制是本发明的突破和核心所在，它可以大大提高采煤效率和自动化程度，降低工人劳动强度。除此之外，为了能够根据煤矿的实际生产情况来实现集中控制，端头控制器还可以设置整个电液控制系统的运行参数，以及传递中央防爆计算机远程设置好的参数，为液压支架电液控制系统安全可靠运行提供保障。运行参数主要包括立柱最大压力、推镏最大位移、成组推镏数量、推镏时间、升降柱时间等。

如图2所示，为采煤机在综采工作面采煤作业示意图。无人值守工作面液压支架电液控制系统一般是由安装在采煤机上的红外线发射装置发射红外线位置信号，间架控制器上的红外线接收装置接收到红外线信号后传送给间架控制器的主电路进行模数转换，并根据转换结果来确定采煤机在工作面的实时位置。位置信号经RS485总线传送至端头控制器，端头控制器通过判断开关量中表示采煤机位置信号的标志位是否置1来确定采煤机所对应的支架号。综采工作面的液压支架一般有1.5m宽，采煤机的最快行进速度可达8m/min，通过一个液压支架至少需要10秒。端头控制器采用C8051F020作为微处理器，以系统时钟为基准，当距离上次巡检的间隔时间达到1秒时，便触发定时器0中断，发送巡检参数命令，实现每隔1秒钟巡检一次参数，可满足实时性要求。巡检范围为采煤机左右各5架液压支架，前后共10架，通过判断采煤机位置信号的标志位是否置1，来确定对应支架，并将对应支架号显示出来，即为采煤机位置。然后和上次采煤机对应的支架号作比较，便可判断出采煤机的行进方向。

如图3所示，为采煤机在中间区段运行示意图。红外发射器安装在前滚筒附近，采煤机机身一般占到8个液压支架的宽度，端头控制器在判断出采煤机运行方向以后，根据开采工艺发送控制命令。命令格式为支架号和动作指令，端头控制器和间架控制器之间采用的是增强型UART多机通讯，即间架控制器中的微处理器通过寄存器置位来判断发送的支架号是否跟自己的支架编号一致，进而再执行相应的动作命令，这样大大提高了通讯和控制的实时性和准确性。将判断出采煤机位置的支架号加上（减去）沿采煤机运动方向机身所占的支架个数，即为要动作的支架号。然后再根据开采工艺，向间架控制器发出控制指令，完成采煤机行进方向前方液压支架的收、放护帮板及后方液压支架降架、提底、移架、升架、喷雾以及成组推镏等动作。

如图4所示，为采煤机运行到机尾进行斜切进刀的示意图。机尾支架号为95到105之间这11个支架的推镏距离与中间区段工艺要求的距离不一样，即推镏和拉架的距离不是0.6m。当采煤机从中间区段运行到机尾后，从第95架到105架依次进行拉架和推镏动作，拉架和推镏距离为0.6-0.6n/(105-95)m，(n=0,1,……10)，从而形成弯曲段，确保采煤机能够斜切进刀。在执行这段工艺过程时，先判断采煤机所对应的支架号是否已进入到机尾段（106至119架），且采煤机对应的支架号是递减的，证明从机尾向中间段运行，便向95到105这11个支架发送拉架、推镏命令，指令中包含了拉架距离。间架控制器接收到命令后便按照收到的拉架距离进行动作，动作到位与否将会在向端头控制器发送的开关量中体现出来。端头控制器接收到参数后，判断开关量中推镏位移标志，进而判断弯曲段是否已形成，并上传给中央防爆计算机。中央防爆计算机将信息传递给集控平台，进而控制引导采煤机进行斜切进刀作业。

如图5所示，为采煤机割三角煤示意图。采煤机斜切进刀后，当采煤机后滚筒过了第95号支架时，即端头控制器巡检到采煤机所对应的支架号已小于95时，端头控制器便向第105号支架至95号支架依次发送拉架和推溜命令。与中间区段支架控制命令格式的区别是，命令中包含了拉架和推镏距离。距离为（0.6-X）m，其中X为原相应支架在形成弯曲段的推溜距离；端头控制器不断巡检这些液压支架的状态参数，判断开关量中相应标志位是否置1，以此来确定弯曲段是否已推平，并将信息发送到中央防爆计算机。采煤机后滚筒过了第92号支架时，采煤机必须全部吃刀至0.6米，且后滚筒至少要走出三个支架宽度架。采煤机走出三个支架后停机，同时发送是否返向的请求指令，等待液压支架控制系统集控平台发送弯曲段推平信号。采煤机收到推平信号后才能向机尾运行，进行割三角煤作业。

根据本发明的控制方法，端头控制器不仅可以连续不间断地采集状态参数，为中央防爆计算机查询、监测支架运行状态提供可靠稳定的判断依据和数据支持，预测和处理紧急情况，而且能够结合采煤工艺，通过巡检到的状态参数，判断出采煤机的运行方向和位置，进而对采煤机周围的液压支架进行集中控制。根据行进中采煤机的作业位置，完成综采工作面的自动化采煤，整个过程不需要人工干预，通讯稳定，实时性好，效率高。

本发明可以为综采工作面无人值守作业提供控制手段，为地面远程监控工作面液压支架提供状态数据，对实现整个综采工作面的自动化、提高工作面生产效率、保障安全生产具有重要的现实意义，对于提高煤矿生产的安全性和可靠性具有重大的社会意义。

Claims (1)

1.一种煤矿综采工作面无人值守作业的控制方法，其特征在于：是基于端头控制器的集中控制功能来实现的，端头控制器采用双RS485总线通讯模式，其中一条RS485总线用于巡检工作面液压支架的工作状态参数，先向间架控制器发送巡检液压支架运行参数的命令，执行接收运行参数程序，接收完一架液压支架的参数后，再向下一架发送巡检命令，进而依次巡检整个工作面所有液压支架的状态参数；巡检完毕以后，通过判断开关量中表示采煤机位置的标志位是否为1，来确定采煤机的实时位置；然后，以采煤机所对应的液压支架号为中心，前后各取若干架为巡检范围，进行下一轮巡检，循环进行这个过程，并将巡检回来的状态参数传递给中央防爆计算机；另一条RS485总线用于集中控制，通过巡检液压支架的状态参数来确定采煤机的运行位置，进而通过总线向间架控制器发送控制命令，控制液压支架动作，配合行进中的采煤机进行自动化作业；所述端头控制器通过控制支架推溜形成弯曲段来协助采煤机实现斜切进刀和三角煤截割工艺。