礦井帶式輸送機智能化及少人化改造實踐

史慧文

（1.煤炭科學技術研究院有限公司，北京 100013；2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室，北京 100013；3.北京市煤礦安全工程技術研究中心，北京 100013）

引言

帶式輸送機是煤礦井下運輸煤炭的主要設備之一，具備運輸連續、運量大、適應性強、能耗相對較低等優勢，但當前大部分礦井還未對帶式輸送機進行集中控制，即每部帶式輸送機都是進行單獨控制。在正常生產期間，每部帶式輸送機都要配備1 名專職司機和1 名兼職機電維修工，有的礦井還可能再配備1 名專職或兼職機尾看護員，負責機尾滾筒的看護和衛生清理工作，由此增加了井下作業人員數量，不符合行業發展所提倡的智能化及減人化作業要求，對降低生產成本、提高安全效益不利。因此，有必要將先進的智能化及自動化技術應用于傳統的礦井設備改造，從而實現諸如帶式輸送機等設備的自動啟停及無人值守，達到減人提效的目的[1-4]。

1 設備改造背景

某礦井巷布置較復雜，煤炭運輸環節較多，僅采區運輸巷、主運輸巷道及主斜井內安裝的帶式輸送機就多達13 部，改造前每部輸送機都是單獨控制，占用較多人力，且存在以下幾個問題。

1.1 設備開啟過程

如果采掘工作面有煤炭外運的需求，需要工作面人員向運輸順槽帶式輸送機的司機發出開機信號，運輸順槽輸送機的司機再向采區運輸巷的司機發出開機信號，從而使帶式輸送機由外向內依次開啟。如果某部輸送機的信號系統出現故障或某部輸送機的司機不在操作位置，就無法使輸送機順利開啟，從而影響生產進度。

1.2 設備停機過程

設備停機與開啟過程類似，也是工作面人員最先發出停機信號，然后信號依次向外傳遞，最后帶式輸送機由內向外依次停機。如果工作面出煤結束，但信號系統出現故障或某部輸送機司機未及時停機，就可能造成設備無功空轉，甚至引發安全事故。

1.3 輸送機六大保護系統狀況

現有的帶式輸送機按照相關規章制度要求，按標準安裝了煙霧、跑偏、溫度等六大保護系統，但每部輸送機的保護系統單獨作用，且未接入集中控制系統，一旦發生故障時無法進行應急故障處置，可能導致故障加劇，引發更大的安全隱患，亟需技術改造。

2 智能化控制系統結構設計及功能設計

設計的控制系統為4 層架構設計，分別為監控信息層、網絡傳輸層、控制層和傳感執行層，其中位于地面的只有監控信息層，其他3 層結構設計均位于井下[5-7]，如圖1 所示。

圖1 帶式輸送機智能控制系統結構

2.1 監控信息層

監控信息層是整個系統位于井上的“大腦”，主體部分為主操作站。通過地面操作站可集中控制井下帶式輸送機的運行情況，同時可以實施在線監測，對所有接入系統的設備均可執行一鍵啟停。

2.2 網絡傳輸層

網絡傳輸層不獨立存在，它是其他架構層和各系統部件的聯通媒介，其工作實現是基于分布在井上、下的工業環網，主要部件是各類交換機及通信線路，可及時傳輸帶式輸送機的運行信息及數據。

2.3 控制層

控制層是整個系統位于井下的“大腦”，主要包括上位機、PLC 控制器、各類保護傳感器等部件，控制層在井上主操作站的指令下，控制接入系統的帶式輸送機，同時控制層還具備直接操控功能。

2.4 傳感執行層

傳感執行層位于整個系統的最前沿，負責執行控制層發出的啟停等指令信息，還負責及時上傳采集到的設備運行信息。在原有六大保護系統的基礎上，經過改造及新增，設計閉鎖、跑偏、速度、煙霧、縱撕、溫度、堆煤、灑水八大保護系統，從而對帶式輸送機運行期間的各種狀態信息數據進行實時監測和采集。

2.5 系統功能設計

系統可實現對帶式輸送機的遠程控制、就地自動控制和手動控制功能，監測顯示與檢測保護功能，還具備較好的人機交互功能，具備數據存儲及分析、故障識別及診斷、故障應急處置等功能。

3 系統應用情況

經過前期準備工作，礦井對主斜井及主運輸巷道內的帶式輸送機進行智能化改造，按照設計方案對控制系統進行布設，主要由監控主機、備用主機、人機交互軟件、通信系統、服務器、各類保護傳感器、語音喊話系統、高清監控攝像頭等組成。經過90 d的試運轉，整體工作情況良好，可實現以下效益目標。

3.1 設備可靠性及運行安全系數提高

經過智能化改造，加大了對井下設備運行狀態的監管力度，提高了礦井整體安全生產管理水平。僅在試運行期間，系統就及時處置了22 起帶式輸送機撕裂、堆煤及跑偏事故等，故障預警及應急處置靈敏，也為人工故障處置提供了有效指導。

3.2 無人值守目標達成

井上、下控制中心均設“無人值守”操作按鈕，“無人值守”模式下可根據設置的啟停順序對設備進行控制，還可根據負荷情況變頻調整設備運行參數，降低功耗，在無煤時自動停機。僅兩部主帶式輸送機，所需人工由原來的12 人/d 降至現在的3 人/d，人工成本大大降低。

3.3 其他效益

整個控制系統安裝完成后，能夠對設備運行的數據參數進行存儲，并通過SCADA 軟件對數據圖表及視頻進行監控，操作過程靈活且簡便，設備運行可靠性提高，井下作業環境也得到改善。

4 結語

某礦對帶式輸送機控制系統進行智能化改造，實現了礦井減人化作業、提高經濟效益及安全效益等預期目標，并計劃對采區主運輸巷道帶式輸送機進行改造，為其他類似條件的礦井提供成功的實踐案例。