礦井皮帶運輸集中控制系統應用改造

曹海龍

（山西晉神沙坪煤業有限公司，山西 河曲 036500）

皮帶運輸是煤礦出煤系統的主要運輸方式，特別是現代化大型礦井，充分利用皮帶運輸的連續性和高效性，將生產出的煤炭直接從工作面經多部皮帶運輸至平地儲煤倉，但隨著礦井深入開采和多區域聯合生產，造成運輸皮帶數量增加，崗位操作人員較多[1-3]。因此，對常村煤礦皮帶運輸集中控制改造過程和應用效果進行研究，滿足礦井高產高效，實現減員提效，皮帶運輸實現設備大型化、煤流運輸連續化、監測控制自動化的集中控制要求具有現實意義。

1 主煤流運輸系統概況

常村煤礦為東翼、西翼開拓方式，其中，東翼分為上部13 采區和下部23 采區，西翼分為上部21 采區和下部22 采區，各采區運煤系統均采用皮帶運輸。13 采區目前有一個采煤工作面和2 個煤巷掘進工作面。13011 上順槽和13111 上順槽均為2 部皮帶運輸至順槽溜煤眼進入13 采區皮帶，13031 工作面為1 部皮帶運輸至工作面溜煤眼進入13 采區皮帶。23 采區目前有4 個掘進工作面。23011 上抽巷和23011 下抽巷均有2 部皮帶，23081 上抽巷和23081 下抽巷均為1 部皮帶，各掘進工作面皮帶均通過溜煤眼進入23 采區皮帶。21采區目前有2 個掘進工作面，每個掘進工作面均有2 部皮帶，均采用皮帶運輸至溜煤眼進入21 采區皮帶。22 采區目前僅有一個工作面，工作面出煤經皮帶運輸至溜煤眼進入22 采區皮帶。13 采區皮帶及23 采區皮帶均運輸至東翼采區煤倉，經東翼皮帶運輸至主斜井煤倉，21 采區皮帶及22 采區皮帶均運輸至西翼采區煤倉，經西翼皮帶運輸至主斜井煤倉。主斜井采用2 部皮帶運輸至平地儲煤倉。主煤流運輸線路見圖1。

圖1 主煤流運輸路線

由圖1可以看出，全礦普通皮帶14 部（掘進工作面皮帶），強力皮帶10 部（工作面、采區、大巷、主斜井皮帶），共計皮帶24 部。其中，各采區皮帶及主斜井皮帶均屬于大坡度、長距離運輸。就全礦皮帶運輸系統整體而言，存在皮帶數量多、運輸距離長、工況復雜等特點，除對皮帶操作崗位人員數量要求較多外，對皮帶的日常維護和檢修方面也存在諸多困難。

2 皮帶運輸系統改造前存在的問題

1）常村煤礦皮帶運輸系統改造前，每部皮帶均需一名皮帶司機，另因皮帶維護、清理灑煤等問題需另派1～3 人負責沿途維護，皮帶運輸投入大量人力，效率低下。

2）系統改造前期對局部皮帶采用PLC 系統進行集中控制，例如，掘進工作面和主斜井兩部皮帶，其他皮帶仍采用傳統人工操作的運行方式，無法形成全面集中智能控制，對前后皮帶運輸開啟的銜接和控制不能形成自動化，影響高效生產。

3）無法對皮帶運行情況及設備進行在線檢測，對設備的巡檢和維護主要依賴人工，對設備的使用周期管理及配品備件供應及準備情況沒有系統的管理臺賬，偶有出現例如皮帶電機壞，現場沒有備用電機從平地急調入井更換影響生產的情況。

3 皮帶運輸集中控制系統建設方案

1）全面安裝PLC 控制系統

首先，保證礦井已安裝的PLC 控制設備正常使用，然后對未安裝PLC 控制的所有皮帶進行安裝。PLC 控制安裝完成后，安裝在線監測及網絡通訊系統。安裝PLC 控制系統期間，全部統一采用KXJ127 型礦用隔爆兼本安型PLC 控制箱。該控制箱包含PLC 專用控制器和網路交換機，PLC 控制器具備遠程、就地、檢修等多種操作方式，具有一定模擬量輸入，可檢測一些關鍵機電設備的運行參數；專業技術人員可通過編程工具，面向端口的底層程序編制，具有網絡故障自診斷、PLC 故障自診斷、傳感器和信號線故障診斷等功能，具有打滑、斷帶、跑偏、撕裂、機頭堆煤、溫度、煙霧、灑水等各類保護功能。安裝的PLC 控制器中的CPU315-2DP 主站全部接入UPS 無間斷電源，用于實現集中智能監控后現場無人操作期間可能發生的停電失控情況。

2）安裝光纖網絡

將井下至地面平地安裝皮帶運輸沿途寬帶光纖網絡，并安裝一條皮帶PLC 控制系統DP 專用控制網絡，將PLC 控制器全部接入DP 專用控制網絡中，有條件時可再增加4G 無線網絡，作為控制網絡的輔助網絡系統，防止DP 專網斷網后集中控制失控情況，保證集中控制系統網絡的不間斷性和系統的可靠性。常村煤礦皮帶集中控制系統網絡結構見圖2。

圖2 皮帶集中控制系統網絡結構

圖2中將各采區PLC 控制器中的CPU315-2DP 主站，作為PLC 控制系統的局部調度指揮點，平地集中控制中心作為PLC系統總調度。生產過程中，由總調度根據生產需求情況下達指令給相應的CPU315-2DP 主站，再由CPU315-2DP 主站控制本機及下級皮帶設備的DP 分站聯動聯鎖及順序延時起停，主站與分站之間的信息傳送要求快速、準確、可靠。

3）安裝安全監控系統

為滿足對皮帶的運行狀態進行全面安全監控，保障皮帶運輸的正常運行和異常情況的及時發現和處理，一是對皮帶的機頭、機尾及沿途巷道交叉點等關鍵地點安裝高清礦用隔爆監控攝像機，攝像機接入光纖網絡中的PLC 控制系統DP專網，或通過網絡芯片連接至4G 網絡，監控視頻直接傳輸至地面平地集中控制中心大屏幕，用于實時監控皮帶運行狀況和查看集中控制系統的遠程操控情況，便于及時發現異常運行或遠程操控失控情況的及時處理。二是將皮帶輸送機的各類安全保護設施（跑偏保護、煙霧保護、速度保護、撕裂保護、灑水裝置、煤倉煤位傳感器等）接入一個電力監測分站，電力監測分站同樣接入PLC 控制系統DP專網，由電力監測分站采集各安全保護設施的監測數據，并將數據直接傳輸至地面平地集中控制中心服務器，地面平地集控中心可隨時巡查和調取各皮帶安全保護設施的各項數據，當某個皮帶輸送機安全保護設施監測數據異常時，地面平地集中控制中心能夠立即收到報警信號，便于及時安排處理，減少設備故障影響生產情況。地面平地集中控制中心皮帶安全監控見圖3。

圖3 平地集中控制中心皮帶安全監控

4 應用效果

常村煤礦皮帶運輸系統經過安裝PLC 控制系統改造后，在以下幾個方面收到了顯著效果：一是實現對井下所有皮帶在地面平地集中控制中心進行集中控制，減少了皮帶司機這一固定崗位，每班對每條皮帶運輸巷道僅安排1～2 人進行巡查維護即可；全礦24 部皮帶每班可減少約48 個崗位工，提高了礦井生產經濟效益。二是經過改造實現系統集中控制后，可根據生產需要隨時通過系統控制皮帶開停，避免了以往需開機時司機不能及時到位開機或皮帶長時間空載運行不停機造成電力浪費等情況，滿足礦井高效生產和節支降耗要求。三是通過系統監控各皮帶機的運行狀況和各安全監控設備的各項監測數據，能及時發現和處理皮帶運輸系統的異常情況，便于及時維護，減少設備故障對生產的影響。

5 結語

常村煤礦皮帶運輸通過集中控制系統改造后，實現了皮帶智能集中控制，完成了皮帶運輸系統的大幅減員和提效，降低了設備故障率，減少了生產誤時情況，系統穩定性及安全性較高，促進了礦井安全高效生產。