煤礦膠帶集控技術的實踐應用

張國棟

（山西大同同煤集團馬脊梁礦皮帶三隊，山西 大同 037027）

1 工程背景

同煤集團馬脊梁礦位于大同市西部邊緣40km處，已有70年的開采歷史，經多次技術改造當前礦井設計能力為180萬t/a。近年來，以礦井綜合自動化為主導和以信息技術為引領的數字化礦山建設突飛猛進。同煤集團馬脊梁礦井下膠帶運輸系統承擔著礦井原煤外運任務，具有戰線長、用人多、崗位分散但關聯性強、邏輯關系清晰等特點，更加適合“兩化”融合，搶先一步向著信息化、智能化、可視化、集中加分布式控制化的方向發展是大勢所趨。因此，集遠程控制、實時保護、運行監視于一體的膠帶集中控制系統應運而生，在馬脊梁礦井下膠帶運輸系統中進行了實踐應用。

2 膠帶集控實施方案及系統

2.1 總體方案

根據馬脊梁礦井下主運膠帶和煤倉分布情況，結合其運量大小、關聯關系，大體劃分為強力膠帶單元、西翼膠帶單元和南翼膠帶單元共計三個集控單元，涵蓋主井膠帶、千米膠帶、南翼一部、二部膠帶、卸載坑膠帶和西翼倉下膠帶共計六部膠帶。剩余三部膠帶由于服務年限較短，考慮投入與產出比，暫未納入集控系統。

三個集控單元中各布置主控箱一臺，以實現膠帶開停關聯關系。每部膠帶配就地控制箱一臺，以實現檢修狀態下閉鎖、正常狀態下聯鎖和故障狀態下就地操控。每部膠帶每10m設置緊急停車裝置一個，通過沿線急停拉線，實現急停功能。每部膠帶每200m設置語音對講裝置一個，實現集控中心與巡檢人員信息溝通、遠程啟車語音播報功能。每部膠帶配置跑偏保護、煙霧保護、溫度保護、打滑保護、電流監測、淤煤保護裝置一套，保證膠帶非正常運行狀態自動停車。集控中心布置大屏幕電視墻一面、語音通信聯絡系統一套，為集控中心提供足夠的信息及參數，以便準確判定操作結果、直觀監視運行狀態、指揮巡檢工實時干預。井下每部膠帶機頭、機尾適當位置安裝防爆攝像機一臺，實時反饋視頻信息所有視頻、音頻及系統運行參數，通過井下環網進行數據上傳，指揮中心后臺設置音頻、視頻及參數解碼器，將上傳信息分類顯示。

2.2 方案實施

2.2.1 集控中心方案實施

集控中心與生產調度指揮中心及瓦斯監測中心“三合一”更有利于生產指揮、事故處理、安全監測，更有利于全面了解和掌握井下生產現場實時動態，因此對原生產調度指揮中心進行了擴建。新建指揮中心長14m、寬10m、高4.5m，布置大屏幕電視墻一面，長4.8m、寬1.2m操作臺兩個，配置電腦10臺，座椅8套。

指揮中心大屏幕電視墻采用4×11布置格局，用于顯示生產現場視額信息、膠帶集控信息和瓦斯監測信息、提升系統信息等眾多與生產現場相關的實時信息。另外布置LED顯示屏一塊，用于滾動顯示生產信息網自動生成的實時信息。

2.2.2 井下現場方案實施

集控中心所能獲得的信息，全部來自于井下現場。以第一單元為例，布置主控制器一臺，用于兩部膠帶聯鎖和信息參數收集、調制、上傳；布置智能輸入輸出一臺，用于判斷各保護裝置動作情況并實時控制膠帶停車；沿線每100m布置閉鎖開關一個，用于緊急情況下現場停機；沿線每200m布置擴音電話一部，用于井上、井下通信聯絡；速度、溫度、煙霧、跑偏、堆煤保護傳感器用于監測膠帶運行狀態，非正常狀態自動停車。其他單元與此類似。集控設備及保護裝置布置如圖2所示。

圖2 集控設備及保護裝置布置圖

2016年9月底，設備到貨后，在廠家技術指導下開始對井下部分實施安裝。為確保新技術能夠在短時間內吸收融化，采取了以下措施：（1）從電工中選拔技術嫻熟、有積極進取心、接收新知識、新技術能力強的人員擔當安裝工；（2）要求邊干、邊學，安裝完畢基本搞懂膠帶集控系統各類設備性能、故障判斷方法及設備之間內在關系；（3）安裝結束后，通過考試擇優選拔集控中心操作人員，并實行“一崗雙責”，既能擔當集控司機，又能勝任系統維護工作。受上述措施的激勵，多數安裝人員迅速掌握了KTC101膠帶控制系統主控箱、保護、閉鎖、擴音電話等設備之間的內在聯系。

3 系統核心技術分析

（1）KTC101集分布式控制和現場總線控制于一身，采用CAN總線技術，從而使系統單總線無中繼最長距離達到4km。

（2）抗干擾能力強。CAN總線采用兩芯雙絞線進行數據的差分平衡傳輸，這極大抑制了共模干擾對數據傳輸的影響。對某些使用單一芯線進行數據傳輸的系統來講，共模干擾始終是困擾其數據通信的問題。

（3）系統是集通信、控制、保護、狀態顯示、啟停車報警等功能于一身的先進控制系統，程序界面美觀、逼真、立體感強，報警顯示功能強大，可以實現地面監控中心遠程控制及狀態顯示、多點閉鎖和閉鎖點位置顯示、非正常運行狀態中報警顯示等功能。

（4）系統的工作方式可設置為集控、就地、檢修、點動，實現了對井下三個單元膠帶的就地控制和地面監控中心的遠程控制功能。

（5）實現正常狀態下聯鎖、檢修狀態下閉鎖和故障狀態下就地操控。設備聯鎖時，實現逆煤流啟車、順煤流停車。當井下膠帶進入檢修狀態時，現場人員會將膠帶閉鎖，設備之間的聯鎖關系取消，集控中心遠程啟車功能被暫停，從而確保檢修人員安全。

（6）膠帶系統安裝完備的保護裝置，實現煙霧、堆煤、縱撕、跑偏、環境溫度、速度、超溫灑水、煤倉煤位等保護，保證膠帶非正常運行狀態自動報警停車。

（7）系統中還配彩色網絡攝像機、語音通信聯絡系統，為集控中心提供足夠的信息及參數，實現井下無人值守，有人巡視。集控中心人員直觀監視運行狀態、遠程操作并指揮巡檢工、實時干預集控中心人員與巡檢人員，溝通互動方便快捷，更有利于安全生產。

（8）通過井下環網進行數據上傳，實現信息網絡共享。

（9）集控中心能夠看到的所有信息，在局域網內任一計算機上都可以看到，極大地方便了礦各級管理人員了解出煤系統運行狀態，對生產組織指揮起到了積極的促進作用。

（10）組合擴音電話及電纜沿膠帶架子平行鋪設，使用專用的安裝板和電纜鉤進行固定，設備的連接采用快速連接插頭方式，安裝簡單方便，易維護，極大地減少了設備故障處理的時間，保證生產的順利進行。

4 效益分析

4.1 經濟效益

（1） 節電效益分析

礦井輸送機采用集中控制技術后，可實現無煤自動停機，從而減少電耗。按每部輸送機無煤空運轉每天合計1h，礦現使用6臺膠帶輸送機（總功率為1870kW），電費按0.5元/kW·h計算，那么每年可節約電耗費用為：

1870×1×0.5×360=33.66 萬元 /年

（1）節省人工成本

系統安裝后，可實現自動控制，每天可節省員工18人，每人每年各種費用按10萬元計算，那么每年可節省費用為：

18×10=180萬元/年

兩項合計為：33.66+180=213.66萬元/年。

4.2 安全效益

膠帶集控技術的應用提高了該礦運輸設備的現代化水平和管理水平，使全礦井主運輸送帶的運行情況一目了然，實現工藝參數動態管理，有效地提高了設備運行的安全性，同時及時排除設備故障，降低設備事故率，使管理者準確指揮生產，減少決策失誤。

4.3 社會效益

集遠程控制、實時保護、運行監測于一體的膠帶集中控制系統的運行，充分體現出信息化與工業化深度融合帶來的極大益處。不僅使礦井管理水平再上一個新臺階，而且膠帶集控系統以其先進的科學技術和齊全可靠的保護功能為礦井安全生產、組織指揮提供了可靠的保障。

5 結語

同煤集團馬脊梁礦井下膠帶集中控制系統的應用是該礦走向數字化礦山建設的重要組成部分，是實現綜合集成應用的重大轉變，有效地提高了該礦集約化和管理現代化的水平，使得煤礦領域信息技術應用進一步深化。馬脊梁礦井下膠帶集中控制系統的成功應用為同煤集團井下皮帶機集控系統的推廣提供了經驗。