礦山智能化精準(zhǔn)感知技術(shù)專(zhuān)題

針對(duì)煤炭行業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的需求，深入研究了礦鴻操作系統(tǒng)與綜采液壓支架控制系統(tǒng)的融合架構(gòu)。通過(guò)剖析礦鴻操作系統(tǒng)的分布式架構(gòu)、軟總線技術(shù)及統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)等核心特性，采用微內(nèi)核設(shè)計(jì)提升穩(wěn)定性，利用軟總線實(shí)現(xiàn)設(shè)備毫秒級(jí)通信與90%以上的多廠商設(shè)備適配，借助統(tǒng)一數(shù)據(jù)協(xié)議（如MDTP協(xié)議）打破信息壁壘，分析了礦鴻操作系統(tǒng)在智能協(xié)同、設(shè)備互聯(lián)和數(shù)據(jù)治理方面的優(yōu)勢(shì)。結(jié)合神東礦區(qū)等典型實(shí)踐案例，驗(yàn)證了融合架構(gòu)在提升生產(chǎn)效率和安全性能方面的成效；提出了礦鴻操作系統(tǒng)與綜采液壓支架控制系統(tǒng)的優(yōu)化架構(gòu)設(shè)計(jì)方案，融合架構(gòu)顯著提升了生產(chǎn)效率與安全性，但存在設(shè)備適配多樣性不足、應(yīng)用生態(tài)待拓展等挑戰(zhàn)。

文章來(lái)源：《智能礦山》2025年第6期“礦山智能化精準(zhǔn)感知技術(shù)"專(zhuān)題”

作者簡(jiǎn)介：林恩強(qiáng)，現(xiàn)任北京天瑪智控科技股份有限公司高級(jí)技術(shù)專(zhuān)家，主要從事煤礦智能開(kāi)采裝備技術(shù)研究工作。E-mail：lineq@tdmarco.com

作者單位：北京天瑪智控科技股份有限公司

引用格式：林恩強(qiáng).礦鴻系統(tǒng)與綜采液壓支架控制系統(tǒng)融合架構(gòu)研發(fā)[J].智能礦山，2025，6(4)：39-46.

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當(dāng)前，國(guó)際上關(guān)于工業(yè)操作系統(tǒng)的研究主要集中在物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。例如，西門(mén)子的MindSphere平臺(tái)，通過(guò)云技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)分析，為工業(yè)自動(dòng)化提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。然而，此類(lèi)平臺(tái)多面向通用工業(yè)場(chǎng)景，缺乏針對(duì)煤礦行業(yè)的定制化設(shè)計(jì)。相比之下，礦鴻操作系統(tǒng)專(zhuān)為煤礦場(chǎng)景定制，更好地滿足煤礦智能化開(kāi)采需求。

在現(xiàn)有研究中，多位學(xué)者深入分析了礦鴻操作系統(tǒng)在綜采工作面的應(yīng)用，有效解決了設(shè)備間數(shù)據(jù)接口和協(xié)議不統(tǒng)一的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備互聯(lián)和信息互通，提升了薄煤層開(kāi)采率和智能化水平。在綜采設(shè)備上搭載礦鴻操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備位置信息的精準(zhǔn)獲取和集中存儲(chǔ)，展示了礦鴻操作系統(tǒng)在綜采工作面應(yīng)用的可行性和優(yōu)勢(shì)，為后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ)。

筆者綜合運(yùn)用多種研究方法，確保研究的科學(xué)性、全面性和深入性。采用文獻(xiàn)研究法，廣泛查閱國(guó)內(nèi)外關(guān)于礦鴻操作系統(tǒng)、綜采液壓支架控制系統(tǒng)以及煤礦智能化建設(shè)的相關(guān)文獻(xiàn)，全面了解該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)以及存在的問(wèn)題。運(yùn)用案例分析法，選取具有代表性的煤礦企業(yè)作為研究對(duì)象，深入分析在應(yīng)用礦鴻操作系統(tǒng)，構(gòu)建綜采液壓支架控制系統(tǒng)架構(gòu)過(guò)程中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、取得的成效以及面臨的挑戰(zhàn)，通過(guò)實(shí)際案例的分析，總結(jié)出具有普遍性和指導(dǎo)性的結(jié)論。

礦鴻操作系統(tǒng)剖析

1.1 礦鴻系統(tǒng)發(fā)展脈絡(luò)

礦鴻操作系統(tǒng)源于國(guó)家能源集團(tuán)與華為技術(shù)有限公司的深度戰(zhàn)略合作。2021年9月14日，雙方強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合發(fā)布了礦鴻操作系統(tǒng)，開(kāi)啟了煤炭工業(yè)智能化變革的新篇章。研發(fā)整合了通信技術(shù)、軟件開(kāi)發(fā)和煤礦業(yè)務(wù)等多領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)資源，歷經(jīng)多次技術(shù)攻關(guān)與測(cè)試優(yōu)化。

礦鴻操作系統(tǒng)自發(fā)布以來(lái)，在多個(gè)煤礦企業(yè)試點(diǎn)應(yīng)用，國(guó)能神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司烏蘭木倫煤礦（簡(jiǎn)稱(chēng)烏蘭木倫煤礦）作為首個(gè)全面適配礦鴻的試點(diǎn)礦井，率先完成多批次設(shè)備適配工作，為礦鴻大規(guī)模推廣積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。隨后，在全國(guó)范圍內(nèi)的煤炭企業(yè)中逐步推廣，不斷拓展應(yīng)用場(chǎng)景，從最初的綜采工作面設(shè)備控制，逐漸延伸到掘進(jìn)、運(yùn)輸、通風(fēng)等全礦井生產(chǎn)環(huán)節(jié)，推動(dòng)了煤礦智能化的整體進(jìn)程，烏蘭木倫煤礦全面適配礦鴻如圖1所示。

圖1 烏蘭木倫煤礦全面適配礦鴻

1.2 礦鴻系統(tǒng)技術(shù)原理與特點(diǎn)

礦鴻操作系統(tǒng)基于華為鴻蒙系統(tǒng)的微內(nèi)核架構(gòu)，將操作系統(tǒng)的核心功能精簡(jiǎn)至最小化，僅保留任務(wù)調(diào)度、內(nèi)存管理等關(guān)鍵功能。系統(tǒng)在面對(duì)復(fù)雜環(huán)境時(shí)具有更高的穩(wěn)定性和擴(kuò)展性。通過(guò)將非核心功能模塊化并運(yùn)行在用戶(hù)態(tài)，礦鴻操作系統(tǒng)有效隔離故障，避免因單一模塊崩潰導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。分布式軟總線技術(shù)通過(guò)統(tǒng)一的通信協(xié)議和接口，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備間的無(wú)縫連接。軟總線技術(shù)采用基于消息隊(duì)列的通信機(jī)制，支持設(shè)備的自發(fā)現(xiàn)和自連接，數(shù)據(jù)傳輸延遲低至毫秒級(jí)，滿足煤礦井下設(shè)備對(duì)實(shí)時(shí)性的嚴(yán)格要求。

礦鴻操作系統(tǒng)為各類(lèi)煤礦設(shè)備提供統(tǒng)一運(yùn)行環(huán)境，避免了多操作系統(tǒng)帶來(lái)的兼容性問(wèn)題。通過(guò)制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)和通信協(xié)議，如MDTP協(xié)議打破了不同設(shè)備間的數(shù)據(jù)壁壘，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的順暢共享與交互。礦鴻操作系統(tǒng)支持設(shè)備與人員智能終端的互聯(lián)互通，實(shí)時(shí)感知周邊環(huán)境信息，如瓦斯?jié)舛?、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等，為安全生產(chǎn)提供有力保障，礦鴻系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 礦鴻系統(tǒng)架構(gòu)

礦鴻操作系統(tǒng)與綜采液壓支架的融合架構(gòu)

2.1 傳統(tǒng)液壓支架控制系統(tǒng)架構(gòu)與局限

傳統(tǒng)綜采液壓支架控制系統(tǒng)架構(gòu)涵蓋多個(gè)關(guān)鍵部分。液壓支架本體為核心支撐，支撐頂板壓力，為采煤作業(yè)撐起穩(wěn)定空間；電液控制系統(tǒng)掌控支架動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)升架、降架、移架、推移刮板輸送機(jī)等操作；泵站系統(tǒng)保障液壓油供應(yīng)與壓力穩(wěn)定；壓力、傾角等各類(lèi)傳感器，實(shí)時(shí)采集支架運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，輔助控制決策。

隨著智能化推進(jìn)，傳統(tǒng)架構(gòu)短板逐漸顯現(xiàn)。協(xié)同作業(yè)能力不足，不同廠家支架因通信協(xié)議沖突難以高效聯(lián)動(dòng)，在復(fù)雜地質(zhì)區(qū)需多臺(tái)支架協(xié)同支護(hù)時(shí)，常動(dòng)作紊亂、相互干擾，無(wú)法構(gòu)建整體支護(hù)體系；數(shù)據(jù)處理應(yīng)用能力弱，缺乏統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，傳感器數(shù)據(jù)分散存儲(chǔ)、格式雜亂，深度整合分析艱難；設(shè)備故障診斷依賴(lài)人工經(jīng)驗(yàn)，突發(fā)故障排查耗時(shí)久，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，部分礦井里液壓支架故障引發(fā)的停機(jī)時(shí)間，占總生產(chǎn)時(shí)間比例高達(dá)15%。此類(lèi)問(wèn)題嚴(yán)重制約了煤炭生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性，亟待通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)行革新，傳統(tǒng)綜采液壓支架控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 傳統(tǒng)綜采液壓支架控制系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 礦鴻系統(tǒng)與液壓支架控制系統(tǒng)融合優(yōu)勢(shì)

（1）從技術(shù)適配層面來(lái)看，礦鴻操作系統(tǒng)的分布式架構(gòu)兼容綜采液壓支架控制系統(tǒng)的分布式布局。綜采工作面通常數(shù)百米，分布著數(shù)十臺(tái)甚至上百臺(tái)液壓支架，傳統(tǒng)集中式控制系統(tǒng)難以滿足實(shí)時(shí)性與可靠性要求。

（2）礦鴻分布式架構(gòu)可將控制邏輯分散至各支架節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)本地快速?zèng)Q策與協(xié)同，以烏蘭木倫煤礦為例，引入礦鴻系統(tǒng)后，支架間協(xié)同響應(yīng)時(shí)間縮短至毫秒級(jí)，提升跟機(jī)作業(yè)效率。在軟總線技術(shù)支持下，礦鴻系統(tǒng)無(wú)縫連接不同廠家、型號(hào)的液壓支架控制器及傳感器，打破信息孤島，實(shí)現(xiàn)設(shè)備即插即用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)煤礦使用的液壓支架品牌超過(guò)20種，通信協(xié)議繁雜，礦鴻系統(tǒng)憑借軟總線的統(tǒng)一接入能力，適配成功率超過(guò)90%。

（3）國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)的《國(guó)家能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃（2016—2023年）》中提出：2023年實(shí)現(xiàn)智能化開(kāi)采，重點(diǎn)煤礦區(qū)基本實(shí)現(xiàn)工作面無(wú)人化。綜采液壓支架作為關(guān)鍵一環(huán)，與礦鴻深度融合可滿足安全高效生產(chǎn)需求，精準(zhǔn)控制頂板支護(hù)，減少頂板事故；順應(yīng)少人化、無(wú)人化趨勢(shì)，工人遠(yuǎn)程操控支架，降低井下作業(yè)強(qiáng)度與風(fēng)險(xiǎn)，為煤炭行業(yè)可持續(xù)發(fā)展筑牢根基。

2.3 礦鴻系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)功能集成

以遠(yuǎn)程控制軟件功能為例，通過(guò)開(kāi)發(fā)基于礦鴻分布式軟總線的遠(yuǎn)程控制APP，操作人員可在井上集控中心通過(guò)智能終端對(duì)井下液壓支架進(jìn)行精準(zhǔn)操控。APP界面采用直觀的3D可視化建模，實(shí)時(shí)呈現(xiàn)液壓支架的三維模型及運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，操作人員通過(guò)觸摸操作即可向支架發(fā)送控制指令，實(shí)現(xiàn)跟機(jī)自動(dòng)化操作，支架可依據(jù)采煤機(jī)位置信息自動(dòng)完成升架、降架、移架等系列動(dòng)作，響應(yīng)時(shí)間縮短至毫秒級(jí)，提高了采煤效率。

礦鴻系統(tǒng)視頻主機(jī)在國(guó)能神東煤炭集團(tuán)有限公司保德煤礦（簡(jiǎn)稱(chēng)保德煤礦）順利通過(guò)井下工業(yè)性試驗(yàn)，搭載礦鴻控制系統(tǒng)的視頻主機(jī)如圖4所示，礦鴻系統(tǒng)視頻主機(jī)的成功應(yīng)用，推動(dòng)了礦鴻標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)在工作面監(jiān)控中心的應(yīng)用，為礦鴻系統(tǒng)在煤礦井下的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、邊緣計(jì)算和視頻識(shí)別等高級(jí)應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。

圖4 搭載礦鴻控制系統(tǒng)的視頻主機(jī)

液壓支架電控采用網(wǎng)絡(luò)型控制系統(tǒng)，搭載礦鴻操作系統(tǒng)，支持設(shè)備“一碰連”礦鴻特有功能。為煤礦帶來(lái)設(shè)備交互方式、設(shè)備連接方式、數(shù)據(jù)管理方式的3個(gè)方面的轉(zhuǎn)變，構(gòu)建了人機(jī)互聯(lián)、萬(wàn)物互聯(lián)、智能互聯(lián)的示范礦井，技術(shù)人員通過(guò)“一碰連”掌握工作面實(shí)施生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)如圖5所示。

圖5 技術(shù)人員通過(guò)“一碰連”掌握工作面實(shí)施生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)

2.4 礦鴻系統(tǒng)的代表性研究成果分析

（1）紅柳煤礦

國(guó)能寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司紅柳煤礦（簡(jiǎn)稱(chēng)紅柳煤礦）基于礦鴻操作系統(tǒng)，建立了統(tǒng)一Ethernet/IP協(xié)議平臺(tái)，工作面所有系統(tǒng)采用統(tǒng)一接口和協(xié)議接入礦井5G網(wǎng)絡(luò)，礦井平臺(tái)可便捷訪問(wèn)每個(gè)系統(tǒng)，解決了數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議不統(tǒng)一的問(wèn)題，提升了數(shù)據(jù)傳輸可靠性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理與應(yīng)用。

在便捷作業(yè)方面，紅柳煤礦借助礦鴻系統(tǒng)，井下工作人員巡檢時(shí)，華為手機(jī)終端與工作面控制器通過(guò)“一碰連”功能，實(shí)現(xiàn)手持終端與控制器互聯(lián)互通，并遠(yuǎn)程控制。手機(jī)APP支持藍(lán)牙近感自動(dòng)連接，可發(fā)現(xiàn)各類(lèi)設(shè)備數(shù)據(jù)并操控，終端與控制器實(shí)時(shí)互聯(lián)及信息自主報(bào)送。

在安全生產(chǎn)效率和設(shè)備運(yùn)維效率方面，紅柳煤礦構(gòu)建了協(xié)同作業(yè)+智能決策+遠(yuǎn)程干預(yù)的智能化無(wú)人開(kāi)采模式，將職工從危險(xiǎn)采場(chǎng)轉(zhuǎn)移到安全監(jiān)控中心，減少了意外傷害。借助工作面裝備故障診斷及精準(zhǔn)維護(hù)系統(tǒng)，快速精準(zhǔn)判別綜采設(shè)備故障位置，對(duì)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間、使用壽命等進(jìn)行監(jiān)測(cè)并提醒維護(hù)保養(yǎng)，具備不低于1 000個(gè)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)能力，響應(yīng)時(shí)間<10 s，保障設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

在減員增效方面，紅柳煤礦應(yīng)用該系統(tǒng)后，工作面單班作業(yè)人員由8人減至4人，生產(chǎn)能力從210萬(wàn)t/a提升至240萬(wàn)t/a，回采工效成倍提高。通過(guò)實(shí)現(xiàn)全工作面自動(dòng)化跟機(jī)作業(yè)常態(tài)化，井下作業(yè)人員從操作工轉(zhuǎn)變?yōu)檠惨暪ぃ?jié)約人工投入且提高了生產(chǎn)作業(yè)安全性。

（2）布爾臺(tái)煤礦

國(guó)能神東煤炭集團(tuán)有限公司布爾臺(tái)煤礦（簡(jiǎn)稱(chēng)布爾臺(tái)煤礦）通過(guò)部署礦鴻系統(tǒng)，規(guī)范了不同設(shè)備及廠商間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，采煤機(jī)智能截割、液壓支架自適應(yīng)支護(hù)、刮板輸送機(jī)智能運(yùn)輸、巷道監(jiān)控中心等主要系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)連接、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互以及設(shè)備間聯(lián)動(dòng)啟停，實(shí)現(xiàn)了協(xié)同作業(yè)，提高了生產(chǎn)效率。

布爾臺(tái)煤礦在液壓支架控制系統(tǒng)應(yīng)用中，移動(dòng)設(shè)備靠近液壓支架控制器，通過(guò)礦鴻系統(tǒng)“一碰連”自動(dòng)識(shí)別并組建加密網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和多架聯(lián)動(dòng)，簡(jiǎn)化操作流程、降低操作難度、減少安全隱患。

（3）烏蘭木倫煤礦

烏蘭木倫煤礦將礦鴻操作系統(tǒng)應(yīng)用于薄煤層綜采面設(shè)備，統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，借助5G網(wǎng)絡(luò)，作業(yè)人員通過(guò)智能防爆手機(jī)操控設(shè)備，自動(dòng)化率超過(guò)85%，采煤工作面人數(shù)從11人減至4人，工效每工每班由164 t提高到450 t，工作效率提高約2.74倍，薄煤層開(kāi)采率和智能化水平顯著提升。

綜上所述，礦鴻操作系統(tǒng)從解決信息孤島、實(shí)現(xiàn)便捷作業(yè)，到提升安全與運(yùn)維效率、助力減員增效，都發(fā)揮了重要作用。

2.5 礦鴻系統(tǒng)應(yīng)用存在的不足

礦鴻操作系統(tǒng)在煤炭行業(yè)的應(yīng)用中展現(xiàn)出諸多優(yōu)勢(shì)，深入剖析整體產(chǎn)業(yè)生態(tài)和實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，仍存在部分不足之處，在一定程度上影響了礦鴻操作系統(tǒng)更廣泛、更深入的應(yīng)用與發(fā)展。

（1）技術(shù)適配角度

礦鴻操作系統(tǒng)已在部分煤礦的關(guān)鍵設(shè)備上進(jìn)行了部署，但不同煤礦設(shè)備的多樣性和復(fù)雜性對(duì)適配性提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。煤炭行業(yè)設(shè)備種類(lèi)繁多，包括各類(lèi)采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、通風(fēng)設(shè)備等，且不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備在硬件架構(gòu)、通信協(xié)議等方面差異巨大。在實(shí)際應(yīng)用中，礦鴻操作系統(tǒng)難以快速、完美地適配所有設(shè)備，導(dǎo)致部分設(shè)備在接入系統(tǒng)時(shí)出現(xiàn)兼容性問(wèn)題，影響設(shè)備間的協(xié)同工作效率。部分老舊設(shè)備由于硬件限制，無(wú)法充分發(fā)揮礦鴻操作系統(tǒng)的功能優(yōu)勢(shì)，甚至需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模改造升級(jí)才能適配，增加了企業(yè)的應(yīng)用成本和時(shí)間成本。

（2）應(yīng)用生態(tài)建設(shè)方面

礦鴻操作系統(tǒng)處于發(fā)展階段，應(yīng)用數(shù)量和種類(lèi)相對(duì)有限。目前，主要集中在設(shè)備控制、故障診斷等基礎(chǔ)功能應(yīng)用上，在數(shù)據(jù)分析、智能決策等高級(jí)應(yīng)用領(lǐng)域拓展不足。煤礦企業(yè)在智能化轉(zhuǎn)型過(guò)程中，需要豐富多樣的應(yīng)用以滿足不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景的需求。如基于大數(shù)據(jù)的產(chǎn)量預(yù)測(cè)、設(shè)備維護(hù)計(jì)劃優(yōu)化等。因應(yīng)用生態(tài)不完善，企業(yè)難以充分利用礦鴻操作系統(tǒng)挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，限制了在提升企業(yè)整體運(yùn)營(yíng)效率方面的作用，應(yīng)用開(kāi)發(fā)的難度和成本也是影響生態(tài)建設(shè)的重要因素。

礦鴻與綜采液壓支架控制系統(tǒng)融合優(yōu)化

3.1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)思路

基于礦鴻操作系統(tǒng)的綜采液壓支架控制系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，旨在構(gòu)建高度集成、智能協(xié)同系統(tǒng)，滿足煤礦智能化開(kāi)采需求。充分利用礦鴻操作系統(tǒng)的分布式特性，有機(jī)融合設(shè)備層、數(shù)據(jù)傳輸層、控制層和應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間高效互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享。礦鴻操作系統(tǒng)的綜采液壓支架控制系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖6所示。

圖6 礦鴻操作系統(tǒng)的綜采液壓支架控制系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）設(shè)備層通過(guò)統(tǒng)一的設(shè)備接入標(biāo)準(zhǔn)，將各類(lèi)綜采液壓支架設(shè)備以及相關(guān)的傳感器、執(zhí)行器等接入礦鴻操作系統(tǒng)，確保設(shè)備能夠無(wú)縫融入系統(tǒng)。

（2）數(shù)據(jù)傳輸層采用礦鴻操作系統(tǒng)的軟總線技術(shù)和5G通信技術(shù)，構(gòu)建高速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸通道，實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)的快速傳輸和交互。

（3）控制層基于礦鴻操作系統(tǒng)的智能控制算法，對(duì)液壓支架的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和精準(zhǔn)控制，根據(jù)采煤工藝和頂板條件的變化自動(dòng)調(diào)整支架的動(dòng)作。

（4）應(yīng)用層為操作人員提供友好的人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)綜采液壓支架控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、操作和管理。

3.2 各層架構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)

（1）設(shè)備層

設(shè)備層是綜采液壓支架控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要包括液壓支架本體、各類(lèi)傳感器和執(zhí)行器。液壓支架本體采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，具備高強(qiáng)度、高可靠性和良好的適應(yīng)性，傳感器設(shè)備接入架構(gòu)如圖7所示。

圖7 傳感器設(shè)備接入架構(gòu)

在支架的關(guān)鍵部位安裝高精度壓力傳感器、位移傳感器、傾角傳感器等，實(shí)時(shí)采集支架的支撐壓力、位移量、傾斜角度等參數(shù)。傳感器將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)礦鴻操作系統(tǒng)的設(shè)備接入模塊，以標(biāo)準(zhǔn)化的格式傳輸?shù)綌?shù)據(jù)傳輸層。執(zhí)行器接收控制層發(fā)送的控制指令，驅(qū)動(dòng)液壓支架完成升架、降架、移架等動(dòng)作，為確保設(shè)備層穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)格把關(guān)設(shè)備選型和安裝，選擇符合煤礦井下安全標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，并采用可靠的安裝方式，防止設(shè)備在復(fù)雜的井下環(huán)境中出現(xiàn)故障。

（2）數(shù)據(jù)傳輸層

數(shù)據(jù)傳輸層是實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間數(shù)據(jù)交互的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，采用礦鴻操作系統(tǒng)的軟總線技術(shù)和5G通信相結(jié)合的方式。軟總線技術(shù)作為礦鴻操作系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間自發(fā)現(xiàn)、自連接和數(shù)據(jù)快速傳輸，數(shù)據(jù)傳輸架構(gòu)如圖8所示。

圖8 數(shù)據(jù)傳輸架構(gòu)

通過(guò)軟總線各類(lèi)設(shè)備在無(wú)需復(fù)雜配置的情況下，自動(dòng)建立連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。5G通信為數(shù)據(jù)傳輸提供了高速、低時(shí)延網(wǎng)絡(luò)支持。在煤礦井下，構(gòu)建5G通信網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)傳輸層各節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)，確保數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確傳輸?shù)娇刂茖雍蛻?yīng)用層。

為提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，采用多信道通信備份技術(shù)，當(dāng)主信道出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)切換到備用信道，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性。同時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，防止數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中被竊取或篡改，確保數(shù)據(jù)的安全性。

（3）控制層

控制層是綜采液壓支架控制系統(tǒng)的核心控制單元，基于礦鴻操作系統(tǒng)的智能控制算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架的精準(zhǔn)控制，設(shè)備控制架構(gòu)如圖9所示。

圖9 設(shè)備控制架構(gòu)

控制層接收來(lái)自設(shè)備層的傳感器數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)分析和處理數(shù)據(jù)，根據(jù)采煤工藝和頂板條件的變化，自動(dòng)生成控制指令。當(dāng)頂板壓力增大時(shí)，控制層自動(dòng)調(diào)整液壓支架的支撐壓力，確保頂板的穩(wěn)定；當(dāng)采煤機(jī)推進(jìn)時(shí)，控制層根據(jù)采煤機(jī)的位置信息，自動(dòng)控制液壓支架的移架動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)跟機(jī)作業(yè)。

控制層具備故障診斷和預(yù)警功能，通過(guò)對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的潛在故障，并發(fā)出預(yù)警信號(hào)，提醒操作人員進(jìn)行處理。為了提高控制層的響應(yīng)速度和控制精度，采用高性能的處理器和先進(jìn)的控制算法，確保控制指令能夠快速、準(zhǔn)確地發(fā)送到執(zhí)行器。

（4）應(yīng)用層

應(yīng)用層為操作人員提供了便捷的人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)綜采液壓支架控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、操作和管理。應(yīng)用層采用礦鴻操作系統(tǒng)的分布式應(yīng)用框架，開(kāi)發(fā)了系列功能模塊，如設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊、遠(yuǎn)程控制模塊、數(shù)據(jù)分析模塊等，分布式應(yīng)用方案如圖10所示。

圖10 分布式應(yīng)用方案

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊實(shí)時(shí)顯示液壓支架的壓力、位移、傾角等工作狀態(tài)參數(shù)，以及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、故障信息等。操作人員實(shí)時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行處理。遠(yuǎn)程控制模塊允許操作人員通過(guò)平板電腦、手機(jī)等智能終端，遠(yuǎn)程操作液壓支架，如升架、降架、移架等。

數(shù)據(jù)分析模塊對(duì)采集到的大量設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，為操作人員提供決策支持，如優(yōu)化采煤工藝、調(diào)整設(shè)備運(yùn)行參數(shù)等。為了提高應(yīng)用層的易用性和穩(wěn)定性，采用簡(jiǎn)潔明了的界面設(shè)計(jì)和可靠的軟件架構(gòu)，確保操作人員能夠快速上手并穩(wěn)定使用。

結(jié) 語(yǔ)

探討礦鴻操作系統(tǒng)與綜采液壓支架控制系統(tǒng)的融合架構(gòu)，提出了涵蓋設(shè)備層、數(shù)據(jù)傳輸層、控制層和應(yīng)用層的優(yōu)化方案的總體架構(gòu)。從技術(shù)適配層面、行業(yè)需求角度，以紅柳煤礦、布爾臺(tái)煤礦為例，論述了礦鴻系統(tǒng)的代表性研究成果，由于煤礦地質(zhì)條件、開(kāi)采工藝等存在較大差異，研究在樣本數(shù)量上存在一定局限性，有限樣本難以全面涵蓋所有可能情況。未來(lái)研究將進(jìn)一步擴(kuò)大樣本范圍，深入研究不同地質(zhì)條件、開(kāi)采工藝下的礦鴻系統(tǒng)應(yīng)用情況，以提高研究結(jié)果的普適性。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄7種、中文核心期刊9種、中國(guó)科技核心期刊11種、中國(guó)科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

《智能礦山》

Journal of Intelligent Mine

月刊CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139，聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國(guó)法院士

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