回坡底煤礦帶式輸送機(jī)節(jié)能運行系統(tǒng)應(yīng)用研究

宋沛東

（山西焦煤霍州煤電集團(tuán)安監(jiān)局，山西 霍州 031400）

回坡底煤礦主井運輸機(jī)在改造前采用恒速大扭矩運行方式，在工作面采煤量不斷變化情況下，輸送機(jī)長時間處于低負(fù)荷或者空載運行，使其運行成本增加，使用壽命降低，增加了煤礦運輸成本。傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)的工作效率已經(jīng)不適合當(dāng)前煤礦機(jī)械化高效開采的要求，因此對帶式輸送機(jī)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計尤為重要。

1 回坡底煤礦主井運輸系統(tǒng)組成

回坡底煤礦31302工作面煤礦開采過程：工作面—刮板機(jī)—破碎機(jī)—轉(zhuǎn)載機(jī)—運輸大巷皮帶—井底煤倉—主井運輸皮帶—地面，其中從井底煤倉至地面環(huán)節(jié)為優(yōu)化環(huán)節(jié)。

回坡底煤礦帶式輸送機(jī)的組成主要包括皮帶、拉緊裝置和托輥，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。物流運輸部分依靠撓性皮帶，輸送皮帶環(huán)繞在兩個滾筒之間，其中一個為驅(qū)動滾筒，中間部分利用多支托輥進(jìn)行承載，皮帶上方放置煤炭，驅(qū)動滾筒通過摩擦力帶動皮帶及其煤炭運行，完成輸送過程。

圖1 回坡底煤礦帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)圖

回坡底煤礦主運輸皮帶機(jī)型號為DTL-120/100/3×400，電壓等級1140V，電機(jī)功率400kW×3，帶寬1200mm，帶速3.15m/s, 運輸能力為1000t/h，長度2200m，最大坡度6°。

為實現(xiàn)回坡底煤礦主運輸機(jī)自動節(jié)能運行，在原有帶式運輸機(jī)上煤側(cè)前段增加電子皮帶秤，實時監(jiān)測主帶式輸送機(jī)運煤量，并將實時煤量數(shù)據(jù)傳輸至帶式輸送機(jī)自動節(jié)能運行控制系統(tǒng)，通過對數(shù)據(jù)處理分析，確定并實時調(diào)節(jié)運輸機(jī)的運行速度，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

2 帶式輸送機(jī)自動節(jié)能運行控制設(shè)計

2.1 模糊控制輸入量確定

帶式輸送機(jī)的自動節(jié)能運行控制系統(tǒng)是針對不同工作載荷實現(xiàn)不同的帶式輸送機(jī)的速度控制，完成諸如起動、減速、高效節(jié)能等運行模式。多種速度控制的原理類似，高效節(jié)能運行模式下，帶式輸送機(jī)的運行速度v要能夠根據(jù)煤炭的實際運輸量q進(jìn)行調(diào)節(jié)，實際運輸量q作為控制主要參量，可采用模糊控制法進(jìn)行運算，將煤炭實際運輸量q以及運行速度差值vc作為模糊計算輸入?yún)?shù)，帶式輸送機(jī)運行速度代表百分?jǐn)?shù)p作為輸出參數(shù)，以此建立一個二維輸入一維輸出的帶式輸送機(jī)節(jié)能運行模糊控制器。上述的q和vc通過模糊調(diào)整后變?yōu)镼、VC，其中Q論域為[0，1，2，3，4，5，6]，VC論域為[0，1，2，3，4，5，6]，輸出p基本論域[0，2m]，量化論域p=[0，1，2，3，4，5，6]。

2.2 輸入輸出變量的模糊子集及其隸屬度函數(shù)確定

通過該模糊控制計算法得到輸入和輸出參數(shù)，輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)形成模糊子集為：[NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB]，其中NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB分別表示負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大。

本系統(tǒng)對精確參數(shù)利用隸屬函數(shù)來實現(xiàn)模糊處理，針對煤礦帶式輸送機(jī)的模糊控制原理，輸入?yún)⒘颗c輸出參量的隸屬關(guān)系可通過圖2三角形函數(shù)進(jìn)行表示。

圖2 輸入?yún)⒘亢洼敵鰠⒘侩`屬函數(shù)

如圖2所示的隸屬函數(shù)，分別得到V、Vc和p的隸屬函數(shù)，其具體關(guān)系如表1、表2所示。

表1 V、Vc隸屬函數(shù)表

表2 p隸屬函數(shù)表

2.3 模糊規(guī)則制定及模糊關(guān)系求解

結(jié)合煤礦井下工人控制經(jīng)驗及井下技術(shù)部門的專業(yè)數(shù)據(jù)，得出了帶式輸送機(jī)速度百分?jǐn)?shù)p的控制原則，模糊控制數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 輸出參數(shù) p模糊控制

本系統(tǒng)采用Mamdani條件語言準(zhǔn)則，模糊推理使用if...then...模型，由表3可以看出輸入和輸出參數(shù)可得出49種關(guān)系，對于這些關(guān)系采取并計算，得出輸入?yún)?shù)q、vc和輸出參數(shù)p的模糊關(guān)系R。

其p的模糊推理公式為：

通過平均最大隸屬度的方法判決可使結(jié)果更加精準(zhǔn)，通過判決后的輸出參數(shù)p的模糊控制查詢表如圖4所示。

主井帶式輸送機(jī)運行時，根據(jù)內(nèi)部控制模塊的計算，對輸入?yún)?shù)q和Vc進(jìn)行記錄，模糊處理輸入?yún)?shù)，并參考模糊控制表得出輸出參數(shù)p的數(shù)值。

表4 輸出參數(shù)p模糊控制查詢表

3 節(jié)能效果分析

將該系統(tǒng)應(yīng)用于回坡底煤礦主井帶式輸送機(jī)上，得到進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化前后的帶式輸送機(jī)速度和帶式輸送機(jī)運量的對比結(jié)果如圖4所示。

圖3 主井帶式輸送機(jī)優(yōu)化前后對比圖

優(yōu)化設(shè)計前和優(yōu)化設(shè)計后的24h用電量對比：優(yōu)化前，峰時電量640kW·h，平時電量1920kW·h，谷時電量1280kW·h；優(yōu)化后，峰時電量0，平時電量908kW·h，谷時電量678kW·h。

優(yōu)化設(shè)計前和優(yōu)化設(shè)計后的24h用電電費對比：優(yōu)化前，峰時電費768元，平時電費1920元，谷時電費640元；優(yōu)化后，峰時電費0元，平時電費908元，谷時電費339元。

通過對回坡底煤礦主井帶式輸送機(jī)節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計前后的用電量和對應(yīng)用電成本進(jìn)行對比，用電量減少58.7%，用電成本降低62.5%。可以發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的運輸機(jī)節(jié)能系統(tǒng)用電量和費用都明顯降低，提高了運輸效率。

4 結(jié)論

根據(jù)回坡底煤礦主井帶式輸送機(jī)實際節(jié)能數(shù)據(jù)分析，利用模糊控制理論實現(xiàn)的皮帶速度調(diào)節(jié)模型可以根據(jù)煤炭運量的大小對帶式輸送機(jī)速度進(jìn)行調(diào)整。通過優(yōu)化使運輸機(jī)實現(xiàn)了變頻節(jié)能控制，能源消耗明顯降低，開采設(shè)備得到了高效利用，控制優(yōu)化更加柔性。該帶式輸送機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)值得向其他煤礦推廣應(yīng)用。