浏览次数：96项目概况
本项目是基于塔山煤矿30503综放工作面老旧设备在井下连续生产过程中实现对设备智能化升级改造，突破了智能化系统仅能匹配新设备的技术瓶颈。探索了基于工作面连续生产和设备改造的创新型管控模式。解决了生产和改造之间的时间冲突问题。实现了展以“采煤机记忆截割、支架跟机动作、时间记忆放煤、视频动态实时监控、人工远程干预、人员主动防护、工作面直线监测、整体协同保护”的智能化开采关键技术研究应用，能够实现对工作面设备稳定的监测、监控、精准控制及协同保护，同时实现了正常生产与升级改造的有效结合，减少了资金投入和对生产的接续影响，原生产作业人数由17人减为9人，智能化常态运行时间达到60%以上，实现了安全、高效、智能、绿色开采的建设目标，达到山西省智能化工作面中级水平、大同地区标杆性示范矿井的任务要求。该项目基于老旧设备的改造成功实现了工作面设备工况信息监测、采煤机记忆截割、支架跟机动作+自动放煤、三机顺序控制、视频自动跟机+AI实时监控、供电、供液系统实时监控、直线度监测控制、远程集中监测、监控、干预调整、地面实时在线监测控制，统一调度及大数据分析管理等功能。
通过智能化远程控制、一键启停等先进控制模式，有效减少操作人员数量，提
高操作的安全性，大大减少了工人受伤的概率。通过智能化开采和大数据分析技术，提高系统的开机率及设备状态精准监控能力，降低设备的故障频率及次数，大大缩短工作维护设备的时间。通过调度控制中心，管理人员可随时方便查看井下实时的生产状况，各设备的运行情况、故障信息，向决策者提供实时信息，科学决策。
2、主要创新点
本项目主要创新点包括：
（1）老旧设备改造方法
针对塔山煤矿智能化工作面，通过对工作面采煤机、液压支架、运输机、供电设备、供液设备、顺槽皮带等相关设备的改造，使其具有与第三方系统通讯功能，同时提升设备本身的自动化系统功能，实现对设备自身系统智能化水平的提升。
（2）集中控制系统建设
为解决井下各设备间数据采集、存储、交互等功能，同时为实现各子系统间的无缝连接，提高系统可靠性，通过建设工作面监控中心，将工作面采煤机、支架电液控制系统、工作面运输机控制系统、泵站控制系统及供电系统有机结合起来，实现高度集中自动化控制。集中控制系统数据采集模块与主机间均为定制化设计，同一品牌兼容性好，数据采集模块为插拔式设计，易更换、易维护。系统可根据用户要求，对显示界面及逻辑保护功能进行定制化开发。集中控制系统与各个子系统均为模块化设计，单一系统故障不影响其他系统的正常工作。另外设备集成度高，将相关配套的附属设备统一集成到主机壳体内，减少安装和维护量。集中控制系统分别可以实现监测、控制、存储、数据采集、冗余热备、故障报警、安全保护功能，实现了各设备间协调、连续、高效、安全运行，达到工作面少人化的目的。
（3）基于惯性导航系统的工作面调直技术
为解决井下采煤机定位与工作面调直等问题，提出在采煤机上安装惯导系统进行采煤机的位姿检测和调整，根据采煤机的历史位置数据测量工作面刮板输送机的曲直度。通过在采煤机上连接加速度计及陀螺仪，对采煤机的旋转角度、速度及加速度矢量进行测量，此时的数据是采煤机处于相对于惯性坐标系条件下的数据，之后按照开始载体所处的位置、姿态和速度，对之后任意时间采煤机在同等条件下的角度、位置和速度加以计算。加速度在一次积分之后即可得出机器的速度，经过二次积分能获得其位置，可以通过坐标变化把握速度、位置和姿态方向所需的坐标变化。作业时，采煤机的位置会随着刮板运输机和工作面的移动方向产生变化，也会随着工作面的起伏、倾斜角度、煤层高度、走向变化。要完善自动化采煤各个设备系统的协同控制，就要对采煤机的位置和姿态信息进行精准监测。基于惯导系统的煤机定位步骤如下：①建立参考坐标系；②求解姿态方程得到煤机姿态；③对加速度进行积分，得到采煤机位置和姿态，从而最终实现工作面直线度监测。集中控制系统对惯性导航系统的实时数据加工处理，并将处理后的数据传输至集中控制系统内部的调直模型，对全工作面数据分析、计算，得出每一台支架在下一个动作环节的拉架行程值，并与电液控制系统联动，将拉架行程值发送给电液控制系统，电液控制系统按照该行程值对支架动作进行控制，进而实现对工作面的调直。
（3）智能化工作面精确定位技术
为解决工作面人员定位不精准问题及工作面无线信号传输不稳定问题。创新性地采用高密度基站布置方式，单一感知对接，实现对工作面人员的精准定位。引入UWB精准定位技术，在每个液压支架上安装多功能定位传感器(基站)，基站与读卡器一体化设计，通过工作面人员身上携带的定位识别卡对工作面人员位置信息进行扫描、定位，实现工作面人员与基站之间相互的距离精准定位，定位精度能够满足工作面安全保护需求。同时将人员定位的位置信息与集中控制系统进行交互，实现在集中控制系统内的人员位置显示，另外将该信息传输给电液控制系统，电液控制系统根据人员位置信息闭锁人员所在位置对应支架的动作，防止支架的动作对人员造成伤害，为人员安全保护提供保障。
（4）工作面大数据分析技术及远程故障诊断技术
为实现对工作面设备的工况数据进行有效采集和分析，有效指导工作面智能化生产，同时也为实现对设备异常运行的预警和预判，有效保障设备运行的稳定性和可靠性，通过构建大数据分析系统和远程故障诊断系统，分别自动统计工作面设备的开机率、智能化率、割煤刀数和产量等信息，解决人工每天进行反复计算等机械式工作，降低了工人的劳动强度。还可对工作面生产效率进行分析，用生产数据辅助指导生产。同时在对采集数据的分析的基础之上进行设备健康诊断。由于刮板输送机、采煤机设备不同，生产工况不同，因此必须针对性的进行诊断分析。基于大数据技术，通过机器学习，对刮板输送机、采煤机设备的运行状态进行学习，形成设备正常状态指数，用于对采集数据的标定分析。结合振动分析技术、设备温度异常-故障弹性指数等，对设备采集数据与故障类型、发展趋势进行分析建模，形成设备故障模型库。基于状态指数和故障模型，对采集数据进行智能分析，对设备状态进行智能评估。当设备状态出现异常时，系统进行报警提示。
（5）工作面及顺槽AI识别系统
为实现井下工作面视频AI识别、预警及对讲、AI护帮识别及防碰撞控制功能，在数字化、网络化视频监控的基础上通过研发高清云台视频系统，对煤壁片帮状态、采煤机滚筒姿态与支架护帮板伸收状态、人员越界、大块煤、刮板机堵煤等场景进行监测、识别、分析，并可将识别结果实施上报集控系统，由集控系统进行协调控制。