同忻煤礦連續運輸煤流均衡控制系統研究與應用

吳珺

（同煤國電同忻煤礦有限責任公司，山西大同，037001）

0 前言

同忻煤礦主煤流運輸系統由主斜井帶式輸送機、盤區帶式輸送機及工作面順槽帶式輸送機組成。井下現有兩個放頂煤綜采工作面，綜采工作面生產的原煤通過順槽帶式輸送機和盤區帶式輸送機，最終經過主斜井帶式輸送機上提升至地面，再經101、111 等輸送機運輸至原煤倉。煤礦煤流運輸系統經絡網見圖1。

圖1 煤礦煤流運輸系統經絡網

各個運輸環節皮帶機參數如表1所示。

表1 煤流運輸系統各環節皮帶機參數

由于同忻煤礦為放頂煤開采方式，皮帶機上煤量的供應十分不均衡，很難保證單一運量長期運行。更為嚴重的是，由于目前的開采方式，煤量往往無法控制，當兩個綜采工作面同時進行開采時，會出現因煤量過大導致主斜井帶式輸送機過載停機無法啟動的情況，嚴重制約礦井的產量。為了解決同忻煤礦煤炭運輸生產中存在的短時煤量過大、重載啟動困難、頻繁起停設備等問題，本次研究針對上述實際工程問題，設計連續運輸煤流均衡控制系統并應用于同忻煤礦井下現場來解決此問題。

1 煤礦連續運輸煤流均衡控制系統的原理

1.1 控制原理

以主斜井皮帶運行一圈所需時間920 s為基礎，其他綜放工作面皮帶參數如下：綜一工作面皮帶長度為1 300 m，運行一圈所需時間289 s；綜二工作面皮帶長1 200 m，運行一圈所需時間267 s。通過計算后可以得出，綜一工作面出煤經過順槽皮帶、北一盤區皮帶到達主斜井皮帶所需時間22 min，綜二工作面出煤經過順槽皮帶、北二盤區皮帶到達主斜井皮帶所需時間17 min，綜一工作面皮帶出煤距離主斜井皮帶轉載點比綜二工作面更遠，控制系統采集綜采一工作面相關數據要比綜二工作面早5 min。在控制系統中還需要根據實際工作面推進情況和皮帶長度的變化來對參數進行修改。

1.2 控制流程

由于綜一工作面皮帶出煤距離主斜井皮帶轉載點比綜二工作面更遠，設定綜一工作面皮帶運量為定值2 800 t/h，相應的綜采電流值為90 A，控制系統采集的實際情況數據將會與這一定值進行比較，如若超過這一定值控制系統就會進行報警。通過綜二工作面煤流來調節總煤量，如若總煤量較小，可增大煤量；如若總煤量過大，則減少煤量。圖2、3分別為綜一、綜二工作面煤流控制流程圖。

圖2 綜一工作面煤流控制流程圖

圖3 綜二工作面煤流控制流程圖

2 煤礦連續運輸煤流均衡控制系統

煤礦連續運輸煤流均衡控制系統是采用S7-300和ET-2OOM 構成基于以太網的數據采集系統，上位機使用工控機、組態軟件和實時數據庫構成的運算和控制系統，將煤礦運輸系統的沿線設備信息采集到該設備上，進行數據處理。煤礦連續運輸煤流均衡控制系統的工作原理是：采集沿線設備的數據，包括綜采順槽皮帶機皮帶秤的煤量和主井皮帶機及盤區皮帶機的電流，進行研究和分析，找出主井皮帶機煤量、主井皮帶機電流與沿線皮帶機煤量及對應電流的關系，能準確的監測到實時煤量并能預測未來主井皮帶機上煤量的變化，根據判斷來停止沿線帶式輸送機。

煤流優化控制系統包含以下設備：兩臺工控機，六個防爆控制分站箱，四臺防爆電腦，分布在北一盤區皮帶機頭，北二盤區皮帶機頭，綜采一隊順槽機頭，綜采二隊順槽機頭，綜采一隊順槽皮帶機尾以及綜采二隊順槽皮帶機尾，把同忻礦整個輸煤系統連接起來。煤礦連續運輸煤流均衡控制系統網絡圖見圖4。

圖4 煤礦連續運輸煤流均衡控制系統網絡圖

由于當前同忻礦井下盤區及順槽帶式輸送機驅動方式為CST驅動，該驅動方式具有不可調速的特點，當檢測到大煤量狀況發生時，如果不采取相應措施，勢必會影響主井帶式輸送機的運行。因此，調整過程只能通過停皮帶機來實現。本次設計以此為依據，當檢測到大煤量狀況時，發生大煤量的采區工作面停止工作，對應的順槽皮帶機正常停車，同時根據開采優先級，減少一個工作面的給煤量。待到發生大煤量的采區的煤全部運至主運輸系統以后，兩個采區再繼續運行。

綜采工作面皮帶司機通過防爆電腦觀察當前煤量，通過聲光報警器的綠色、黃色和紅色判斷當前煤量是否過載，來根據實際情況調節卸煤量。當聲光報警器為黃色時，盡量減少卸煤量，這樣可以避免因過載而引起的順槽皮帶機停車，以保證均勻出煤。圖5到圖7所示分別為煤礦連續運輸煤流均衡控制系統主畫面、設備狀態、皮帶秤信息和設置畫面。

圖5 系統主畫面

圖6 系統設備狀態

圖7 系統設置畫面

3 煤礦連續運輸煤流均衡控制系統特點

煤礦連續運輸煤流均衡控制系統主要有以下幾部分技術特點：

3.1 基于均衡運煤的礦井煤流運輸系統控制工藝

將皮帶秤測得的煤量信息作為數據處理和判斷的依據。采用皮帶稱實現的煤流均衡方案是：根據兩個順槽輸送機到主井的時間差，計算同時到達主井的煤量，根據沿線輸送機的煤量停掉相關設備，實現礦井均衡出煤。

煤礦連續運輸煤流均衡控制系統要求兩個綜采均衡出煤，為保證兩個面出煤量差不多，同忻煤礦綜一工作面距離主井較近，則為總量控制，一旦兩個綜采面出煤量之和大于設定煤量，就進行調速或停掉相關設備。綜二工作面距離主井較遠，則為定量控制，一旦綜二工作面出煤量大于設定煤量，就進行調速或停掉相關設備，保證兩個綜采面出煤量大體一致。

在煤礦實際生產中會出現一個綜采面來壓的情況，必須盡快出煤；這種情況下只需要將這個綜采面的煤量設置的更大，等壓力恢復正常時，再將設定值恢復原狀即可。

3.2 基于以太網的礦井煤流運輸系統數據采集系統

煤流均衡控制系統的硬件結構如下：在順槽帶式輸送機機頭安裝電子皮帶秤來檢測綜采工作面的出煤量；盤區帶式輸送機是通過采集皮帶機驅動電機的電流來監測煤量；在綜采工作面、順槽帶式輸送機機頭和盤區帶式輸送機機頭均安裝一臺防爆分站箱，用于將采樣的數據傳送給地面主站。在重要觀察點（即綜采工作面和盤區帶式輸送機機頭）安裝防爆電腦，用于井下工作人員觀察輸煤系統沿線煤量，以便合理安排生產。在地面煤礦生產調度中心安裝2 臺工控機，安裝wincc軟件，對分站箱傳送來的數據進行處理并開發面向用戶的人機畫面。

采用煤礦井下以太網將分布在主井帶式輸送機、盤區帶式輸送機、順槽帶式輸送機的煤流控制系統分站箱連接起來，將采集到的電流、電壓、功率和煤量信息傳送到監控中心。

3.3 創建礦井煤流運輸系統沿線各條輸送機煤量數學模型

在主站服務器上建立整個礦井各條皮帶機的相關數據庫，對采集到的沿線設備的數據進行處理和分析，找到主井煤量與沿線皮帶機煤量及對應的電流關系，創建運輸系統沿線各條輸送機煤量數學模型，能準確的監測到實時煤量并能預測未來煤量變化，根據判斷來調節沿線帶式輸送機的皮帶速度，或者停掉相關設備。

4 結語

該項技術體現了智能化礦山建設的示范應用，在同忻煤礦現場井下應用中取得了良好的經濟技術效果，提高了礦井出煤量，降低了停機率，投資成本低廉、經濟效益顯著。并且隨著采掘設備性能的提高，而主井和大巷的皮帶機設計和安裝時間較為久遠，其運輸能力就成為制約煤礦生產能力的瓶頸，大面積更換所需要投入成本很大，因此未來對煤量控制技術的需求也會日益增大。該套煤礦連續運輸煤流均衡控制系統在同忻煤礦現場應用當中取得的成果主要集中在以下幾個方面：

（1）通過分步停止綜采順槽皮帶機、盤區帶式運輸機，避免了主井皮帶過載停機、重載啟動問題，保證了主運輸系統的使用率，挖掘主井帶式輸送機最大運量潛能，減少了主運輸系統的開停機時間。

（2）增加了礦井產量，提高了經濟效益。日產量可增加8 000 t 原煤，但是由于煤礦生產情況復雜，設備多，造成綜采工作面出煤量不可控，無法一直工作在峰值狀態，根據同忻煤礦投入煤礦連續運輸煤流均衡控制系統前后的產量對比，月可增產80 000 t，按300元/t計算，月可創收2 400萬元。另外由于減少了設備的頻繁啟停，可延長設備的使用壽命，達到節能環保的效果。

（3）煤流均衡系統通過采集順槽皮帶秤、盤區皮帶及主井皮帶的相關數據信號，對數據進行分析處理，從而實現對主運輸系統的自動控制，自動化程度高，動作準確。

（4）可以通過防爆電腦查詢相關歷史數據以及進行系統參數設定，人機界面和諧、易操作，便于進行調度控制。

（5）對采煤操作進行了量化處理，可以更直觀的對煤量、設備運行狀態等數據進行觀察，便于改進生產工藝，掌握設備的運行狀態。