刮板輸送機智能化控制系統應用

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（山西煤炭運銷集團科學技術研究有限公司， 山西 太原 030006）

1 工作面與刮板輸送機概況

山西煤炭運銷集團盛泰煤礦15201 工作面位于二采區的中部，工作面設計走向長度為2 580 m，傾向長度為220 m，工作面回采煤層為15 號層，平均厚度為3.2 m，工作面采用綜合機械化回采工藝，截止目前工作面已回采770 m。

15201 工作面回采期間主要采用MG500/1310-GWD 型采煤機落煤，采用SGZ900/800型刮板輸送機，具體技術參數如表1 所示。

表1 SGZ900/800 型刮板輸送機技術參數表

由于傳統的刮板輸送機在運輸過程中無法進行頻速調節，運輸煤矸時無法對運輸量進行計算，從而無法合理調整刮板輸送機運輸速度，導致15201 工作面刮板輸送機在前期回采過程中經常出現故障，主要表現在堆煤、斷鏈、負荷大等，不僅影響工作面正常運煤，而且增加了刮板輸送機故障率，為了解決這一技術難題，研究采用一套智能化控制系統，并進行實際應用。

2 智能刮板機組成

智能刮板機采用的主要部件由以下部分組成：變頻控制器、變頻器、掃描儀、鏈條自動張緊裝置、數據檢測器[1]。

2.1 變頻器

1）該系統采用的高壓交流變頻器為礦用本質安全型，該變頻器具有變頻調速、防爆性能好、散熱速度快等優點。這種變頻器能夠與井下3 300 V 高壓異步電動機配套使用，可以對電動機的轉速進行調控，此外該變頻器還具有額定電流小、運轉速度穩定、啟動力矩大、性能可靠的優點，而且該變頻器在使用時對電網沖擊較小，變頻器啟動曲線通常呈S 形及線性。

2）曲線的狀態可以根據現場的實際生產情況進行調節，這樣能夠有效防止電機啟動時對周圍設備造成沖擊。此外該變頻器還安裝有過壓、短路、漏電、過載、三相不平衡、過熱、接地等綜合保護器，而且運行數據參數能夠通過液晶顯示屏顯示在屏幕上方，方便工作人員的查看。

2.2 變頻控制器

1）變頻控制器是智能控制裝置最重要的組成部分，變頻控制器通常與隔爆安全型控制箱配合使用。控制箱主要由鍵盤、液晶顯示器、數據處理器等部件組成，具有微型計算機功能。操作人員可以通過人機界面來對控制箱內的數據進行觀察與監控，時刻了解刮板機的運行狀態，變頻控制器能夠實現對變頻器的控制、掃描煤量等相關數據、對刮板機鏈條張緊力進行調整、實時采集變頻器及刮板機上的數據[2-3]。

2）工作人員可以通過觀察控制箱上的顯示界面來了解電機的轉速及煤量的百分比，同時能夠將與控制箱配套使用的其他設備的信息狀態及變頻器故障類型進行顯示。變頻器外部還安裝有一套鍵盤與鼠標，工作人員可以通過操作鍵盤與鼠標，來對控制器的各項參數進行修改，同時也可以點擊掃描儀的煤量、變頻器、信號箱等設備來進入設備顯示界面，方便工作人員實時了解各設備的運行狀態。

2.3 煤量掃描儀

該掃描儀可以當做礦用隔爆型煤位探測器用，主要由隔爆箱、異步電機、交換機及掃描儀組成。

1）該掃描儀能夠實時對刮板機上的煤量進行監測，煤量的高度可以通過觀察測量值來了解。該掃描儀主要是利用激光掃描技術來了解煤量的高度信息，并通過數據光纜將數據上傳至指揮中心。

2）該掃描儀能夠對刮板機上煤塊的每個斷面上的每個測量點進行測量，同時實時將測量結果輸入到計算機內，計算機可以通過對數據進行成像處理后準確計算出煤層的斷面積以及煤塊的外形輪廓，計算機結合刮板機的運行速度能夠準確計算出煤流體積以及刮板上的煤流量。掃描儀的掃描角度可以在0°～190°之間調節，而且能夠對15 m 范圍內的煤礦進行全方位掃描。由于井下設備的工作環境比較惡劣，該設備還具有較強的免干擾性及較快的傳輸效率。

2.4 鏈條張緊和檢測裝置

該裝置能夠準確測量設備數據并調節鏈條張緊力。該鏈條張緊和檢測裝置主要由各類傳感器、主副監控基站、伸縮機尾機構、電液控制機構組成。該裝置能夠實時顯示刮板機上設備運行的參數。這些參數主要包括潤滑油黏度、油溫、油位，輸出端及電機軸端的軸承溫度，電機繞組溫度以及各冷卻系統內的流量、壓力、溫度；工作人員還可以通過操作該裝置對鏈條的張緊力進行調節，并將各項調節指令及監測數據通過通信接口傳遞到集控系統。

3 智能控制系統的安裝

工作人員在刮板輸送機的機頭機尾兩個位置各安裝一部智能化控制裝置，變頻器需安裝在皮帶巷設備列車上，機頭機尾的裝置可以通過電纜相連，變頻器控制箱需安裝在設備列車的監控中心上，掃描儀需安裝在輸送機中部槽位置，能夠更好地發揮掃描儀的監測效果；鏈條張緊和檢測裝置需安裝在刮板機機頭機尾位置[4-5]。

4 刮板輸送機智能化控制系統優點

1）該智能化控制系統能夠在實際生產中發揮重要的作用。該裝置在傳統的監測工藝基礎上進行改良，能夠在實際生產中實現智能化啟動。裝置在進入預張緊過程中，智能化控制系統可以通過安裝在機頭機尾部分的電機張緊鏈條進行獨立控制，來完成刮板鏈條啟動時的自動啟動以及停機時的自動釋放。例如刮板機在重載量大時啟動，智能化控制系統能夠通過對啟動速度及加速度進行調節，從而實現皮帶平穩啟動，在啟動時將對設備及電網的沖擊降到最低。

2）該系統還能夠根據刮板機上的煤量對鏈條運行的速度進行智能化調節，智能化控制裝置能夠根據煤量的變化實時調節鏈條的運行速度，能夠在煤量較大時加快運行速度，煤量較小時降低運行速度，智能化控制裝置還具有分級調速功能，避免鏈條在運輸中出現頻繁調速。

3）該智能化控制系統具有長距離、長時間、多段位調速功能。智能控制機構通過計算能夠確保刮板鏈在較短的時間內將工作面的煤礦全部運輸出來，而且該系統還能夠根據各電動機的功率進行異步調節，可以分別對機頭及機尾部安裝的電機功率進行調節，系統通過多驅動單元協調控制不同設備的控制包。智能化控制系統通過分別對機頭機尾部的驅動部分進行調節控制，來降低煤塊對尾部槽幫的磨損，還能夠最大限度降低噪音污染，防止煤礦對設備的沖擊，進而延長刮板機的使用壽命。

4）該系統采用的智能化控制技術能夠大大延長設備的使用壽命，且方便后期工作人員維護，延長電機的使用時間，防止電機因扭矩過大而造成損傷，確保了工作人員安全。此外，該系統還能夠與刮板機及采煤機進行雙向通訊，及時將采煤機與刮板機的各類信息進行互換處理，從而方便指揮人員統一對工作面的設備進行指揮，在各設備發生異常及報警時及時處理。

5 應用效果

盛泰煤礦于2019 年3 月對15201 工作面刮板輸送機安裝了一套智能化控制系統，截止2019 年10 月，通過7 個月實際應用效果來看，15202 工作面刮板輸送機安裝該智能化系統后，實現了輸送機根據運輸煤量自動調整頻速、自動張緊等目的，大大提高了帶式輸送機自動化水平，輸送機故障率由原來的11%降低至2%，全年輸送機維修費用節約了35.4 萬元，保證了綜采工作面安全高效回采，具有很好的推廣意義。