煤礦井下帶式輸送機自動化控制系統設計

張朋

[摘 ? ?要]現階段，經濟不斷發展，資源利用效率提高，煤礦產業不斷發展，規模擴大，在生產過程中需要利用多樣化的運輸設備。其中帶式運輸機是其中較為重要的部分，在煤炭實際運輸中占據不可替代的角色，這一運輸設備的運行安全性與穩定性對煤炭開采效率具有直接影響。伴隨現階段煤礦開采工作量增加，開采難度也隨之提升，運輸設備的應用質量也有了更高的要求。通過對煤礦井下帶式輸送機自動化控制系統設計進行分析，結合實際自動化運輸現狀，提出相應的措施，促進新型化自動化系統有效控制。

[關鍵詞]煤礦井;帶式輸送機;自動化;控制;系統

[中圖分類號]TD634.1 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）03–00–02

[Abstract]At this stage， the economy continues to develop， resource utilization efficiency is improved， and the coal industry continues to develop and scale. In the production process， it is necessary to use diversified transportation equipment. Belt conveyors are an important part of the actual coal transportation. Occupying an irreplaceable role， the operational safety and stability of this transportation equipment has a direct impact on the efficiency of coal mining. With the increase in coal mining workload at this stage， the difficulty of mining has also increased， and the application quality of transportation equipment has also become more demanding. Through the analysis of the design of the automatic control system of the coal mine underground belt conveyor， combined with the actual situation of the actual automatic transportation， the corresponding technical application measures are proposed to promote the effective control of the new automatic system.

[Keywords]coal mine; belt conveyor; automation; control; system

現階段，煤礦自動化水平不斷提升，在實際煤礦開采作業中，對帶式運輸機的自動化水平也有了更高的要求，提高生產效率同時，也要重視生產的安全性。由于井下使用的帶式運輸機控制設備主要應用隔爆或者是防爆設備，因此安全性能較低，在控制設備使用中安全性逐漸受到人們的重視。目前技術水平提高，現場總線于自動化系統中的應用范圍不斷擴大，其對控制設備數量以及相關成本具有積極作用，在帶式運輸機的設計以及制造過程中發揮重要作用。帶式運輸機在實際應用中，較為常見的問題是空載運行時間長以及頻繁的重載啟動，在工藝流程不斷優化之后，使用自動化技術可以有效解決這一問題。

1 帶式運輸機的故障概述

煤礦生產過程中，其開采環境復雜，并且運輸機設備的使用質量較大，開采強度在增加同時，實際運輸過程中出現更多問題，故障出現對生產安全性具有較大影響，分析以往故障類型，主要分為以下幾類：

（1）皮帶跑偏問題，這一問題的出現較為頻繁，在所有故障類型中較為常見，占比較大，主要問題是皮帶的中軸線與支架中心并不在同一條直線上，有可能是工作人員安裝失誤造成，也有可能是在長時間運行皮帶偏離位置，會造成皮帶撕裂，縮短使用壽命，較為嚴重的情況會造成皮帶支架坍塌。

（2）皮帶出現堆煤情況，運輸機長時間撒料形成，運輸機出現撒料現象有可能是皮帶偏離位置或者是皮帶出現長期懸空引起的。

（3）皮帶打滑情況，皮帶打滑主要是指在實際生產工作中，出現張力不足的情況，造成皮帶原地滑動情況，出現這一現象原因有可能是絞車的拉力不足或者是配重方式不一致。除此之外，驅動滾筒表面出現膠片磨損也會造成摩擦力不足，進而出現皮帶打滑的情況，這一過程中，皮帶驅動滾筒表面溫度會急速增加，皮帶會出現難以修復的損害。

（4）皮帶出現撕裂情況，出現這一問題主要是由于運輸機在長時間運行中其處于長期工作狀態，表面保護膠皮產生磨損，強度下降，皮帶本身的拉伸強度難以保證，因此出現撕裂情況，在皮帶出現撕裂或者是斷裂的情況，煤炭實際運輸進度會受到影響，嚴重情況下會出現人員傷亡情況。

2 自動化控制系統分析概述

在我國某些區域使用的煤礦井生產能力較高，使用的帶式運輸機主要參數為機長2 500 m左右，在實際生產中使用3臺以上主電機驅動，運輸能力顯示為2 500 t/h，并且運輸機滿級速率為3.55 m/s。使用的輔助設備有減速器以及除鐵器等?？刂葡到y主要將某一品牌控制器作為主控制核心，使用嵌入式操作系統，集成顯示器以及上位組態軟件，屬于一種可編程自動化控制器。這一控制器的使用優勢較為顯著，光纖通信功能強大，可以實現井下光纖環網的直接連接，集成部分主要是井上的井控中心。控制系統中主要設置兩條總線系統，作用是連接帶式運輸機的供電開關設備以及傳感器，還有一條總線作用是連接后監視以及控制配套設備。

3 系統中主控制器的網絡化配置分析

井下網絡主要是利用井筒內部設置的光纜連接到井上的核心交換機，井下網絡使用環形冗余結構。帶式運輸機在實際使用中，其系統中的主控制器需要利用光纖連接到網絡交換機上，保持最近距離，主控制器的使用需要使用光纖冗余方式連接，以提高通訊功能使用穩定性。

總線系統選擇Promos系統，這一系統中有安全回路部分、語音對講部分以及數據通信部分，可以劃分為三大板塊：

（1）安全回路語音通信以及數據線三個板塊在一條控制電纜中。

（2）電纜控制使用的是鋼絲鎧裝電纜，強度較高，這種電纜的使用同時可以發揮拉繩的作用。

（3）鋼絲強度高的同時也會有較好的信號屏蔽作用，以提高總線的抗干擾性能，總線系統的應用需要在外部設置一層專用屏蔽層，以對總線系統的抗干擾能力實現有效提升。

這一總線系統應用本安電路設計方式，在控制電纜作為插接接頭過程中，可以保證井下安裝工作、維護工作等，總線設備使用具有簡易性，生產效率極大提升。

3.1 安全回路分析

在總線系統中，安全回路部分，帶式運輸機使用的系統設備數量較多，控制距離相對來說較大，在事故出現時，可以保證帶式運輸機在系統任意位置上均可以在最短時間內停機，暫停相關設備的使用。基于PLC控制系統的應用，帶式運輸機系統中，基本是利用串聯拉繩急停開關對繼電器進行驅動，以發揮急停功能。使用這種控制方式有優勢，但也存在弊端，在輸送機的運輸長度超多一定數值，需要提高電壓，以控制電纜的壓降，保證繼電器兩端部分不會低于最低的動作電壓。在井下運作時，需要使用防爆或者是隔爆拉繩急停開關，禁止使用電壓較低的本安拉繩急停開關。系統在實際應用中，利用新型化的安全回路方式，本安電路本身帶有獨立微控制器，在電路上與安全回路使用具有一定差異性，前提條件為12 V的控制電壓，需要在這一控制電壓上增加一個頻率信號，在這一影響下，可以保證帶式運輸機在長時間運行之后可以利用這一數值的本安控制電壓接受運行沿線的任何一個急停開關，受暫停與接通信號控制。

3.2 語音通信功能分析

在語音通信功能中，主要劃分為語音對講、語音廣播以及語音設備三個部分。

（1）語音對講部分，在帶式運輸機實際運行中產生故障時，相關維修人員需要及時到達現場了解情況，在未能及時實現通信情況下，對帶式運輸機整體運輸效率會產生影響，使用語音對講功能可以有效解決這一問題。井下煤礦作業中，輸送機系統的應用需要間隔100m設置語音對講設備，并且通過其中一個設備溝通時，其他語音設備會發揮揚聲器的作用，有效播放語音，可以在最短時間內實現帶式運輸機的實時對講功能，解決運輸機故障問題。

（2）系統中的語音廣播功能，一般情況下煤礦生產過程中出現較為嚴重的事故，人員在這一情況亟需緊急撤離，地面工作人員經常是通過電話撥號或者是呼叫通知，希望現場人員可以盡快撤離。但生產過程中，礦山企業具有的特性影響，不能保證每名井下施工人員都有通信工具，會造成一部分工作人員難以接到通知，置身危險中，對其人身安全造成影響。在發生突發緊急事件時，需要工作人員盡快撤離，地面控制中心工作人員可以利用語音廣播功能，在井下重點風險防范區域使用擴音喇叭裝置，有效疏散施工現場，保證工作人員可以在最短時間內撤離危險區域，降低災害救援過程中出現的次生影響。經過總線系統的應用，可以將對講設備中的語音信號連接到主控制器中，經過控制器處理之后，可以通過網絡信號的形式，散播到施工各個位置。因此，這一功能的應用僅僅需要在指揮控制中心安裝語音設備，即可實現廣播功能的有效應用。

（3）一部分是語音設備有效應用，實現與IP電話的有效連接，針對總線系統中語音通信支持功能，簽訂相應的信令控制協議，可以用于多種對話環境中，可以是多媒體會議或者是IP電話會議。使用這一功能可以進行多種混合體方式進行通信。

4 帶式運輸機監測調速方式分析

結合相關研究數據以及現場施工經驗，帶式運輸機使用過程中上料物流穩定性以及質量分布均勻性得以保證，其輸送機系統耗電情況也會優化，逐漸降低。經過輸送機實施上料狀態分析之后，不斷調整輸送機的運行狀態，保證其合理性，與此同時也可以提高設備運行能效。輸送帶上物料產生的瞬時流量，是較為重要的參數數據，獲得這一數據也是技術應用核心部分。現階段帶式運輸機基本是使用皮帶秤或者是核子秤等設備，在采集相應信號之后，會將這一數據回傳到控制室中，管理人員在實際決策過程中也會有數據支持。不同的設備在實際使用中針對性不同，結合實際期望獲得的效果，選擇合理的監測工具設備。

5 結束語

保證帶式運輸機在煤礦井下運行的穩定性與安全性的技術較為多樣，主要有微控制器技術或者是計算機技術，由多種技術構成自動化控制系統，可以實現運輸機設備系統全面監測，針對出現不同的故障，進行合理故障預警以及保護措施，使用上位機監測軟件，可以發揮遠程監控功能，這一自動化控制系統在實踐活動中經過測試，應用效果較好，對煤炭運輸效率提高具有積極作用，同時也可以降低運輸設備的故障風險性。

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