煤礦帶式輸送機智能化控制系統(tǒng)技術(shù)應用

李夢祺

（山西汾西礦業(yè)集團正文煤業(yè)， 山西 孝義 032300）

引言

帶式輸送機具有運輸效率高、輸送距離長、運載量大等優(yōu)點，是煤礦企業(yè)井上下主要運輸設備[1]。井下煤礦回采工藝決定煤炭開采量具有一定的不均衡性，帶式輸送機僅局部時間處于重載狀態(tài)，其余時間多空載或者輕載運行[2-3]。現(xiàn)階段為一般采用變頻器實現(xiàn)帶式輸送機軟啟動，未能充分發(fā)揮變頻器功能[4]。隨著礦井綜合智能化建設不斷推進，智能化設備在煤礦井下應用更為廣泛，因此，以山西某礦主斜井運輸帶式輸送機為工程研究背景，對采用的智能化控制系統(tǒng)進行分析探討，以期為其他礦井帶式帶式輸送機智能化工作推進提供經(jīng)驗借鑒。

1 工程概況

山西某礦設計產(chǎn)能為5.0 Mt/a，采用斜井+立井開拓方式，主斜井帶式輸送機從投入運行以來運行良好，電控設備運行穩(wěn)定，可滿足井下煤炭運輸需要。帶式輸送機電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由PLC 監(jiān)控系統(tǒng)、高低壓配電系統(tǒng)、煤流量監(jiān)控系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)以及綜合保護系統(tǒng)構(gòu)成。主斜井內(nèi)鋪設的帶式輸送機在5°～12°、設計運輸距離1 750 m、輸送機帶寬2 000 mm、運輸速5.6 m/s，使用4×2 800 kW/6 kV 電動機驅(qū)動帶式輸送機運轉(zhuǎn)；帶式輸送機采用液壓自動張緊裝置張緊，制動采用液壓盤式制動。

礦井主斜井帶式輸送機應用煤流量監(jiān)控系統(tǒng)對煤流量實時采集，智能調(diào)速系統(tǒng)依據(jù)變頻器控制技術(shù)、遠程調(diào)節(jié)接口等對帶式輸送機運行進行智能調(diào)速控制。井下運輸巷帶式輸送機、集中運輸巷帶式輸送機以及主斜井帶式輸送機等均配備煤流量檢測儀、PLC 控制箱等，煤流量檢測結(jié)果通過PLC 控制箱接入到井下光纖通信網(wǎng)絡。具體主斜井帶式輸送機智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1 所示。

圖1 智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在主斜井井口控制室內(nèi)布置PLC 控制箱，并將運行控制結(jié)果發(fā)送至各個分區(qū)PLC 控制箱，實現(xiàn)井下各個帶式輸送機運行職能控制。前級帶式輸送機檢測到的煤流作為后級帶式輸送機智能調(diào)速依據(jù)，從而實現(xiàn)大幅降低帶式輸送機輕載、空載率，降低設備運行能耗并提升使用壽命。

2 智能控制子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 配電系統(tǒng)

主斜井帶式輸送機采用15 臺KYN28-12 高壓開關(guān)柜進行配電，高壓開關(guān)柜閉鎖裝置、各類電器保護裝置齊全，具備“五防”功能。

低壓配電使用型號TN-S 系統(tǒng)，配備有1 套低壓電源柜，電源柜進線端使用雙電源自動切換裝置。低壓配電主要為井下帶式輸送機成套配套設備、井口輔助設備（包括液壓站、照明、風冷機等設備）供電。

2.2 PLC 監(jiān)控系統(tǒng)

智能控制系統(tǒng)使用的PLC 監(jiān)控系統(tǒng)對主斜井帶式輸送機等設備運行進行監(jiān)控，具有的功能為：

1）遠程控制。PLC 監(jiān)控系統(tǒng)不僅可對主斜井帶式輸送機壓運行（啟動、停止、保護以及監(jiān)測）進行控制，還可以對井下主煤流運輸系統(tǒng)中其他設備運行狀態(tài)進行顯示以及集中控制；此外通過井下已有光纖通信網(wǎng)可將井下帶式輸送機運行狀態(tài)傳輸給地面監(jiān)控中心，從而實現(xiàn)斜井帶式運行狀態(tài)遠程顯示以及遠程集中控制。

2）軟啟動安全監(jiān)測。PLC 監(jiān)控系統(tǒng)配合變頻器實現(xiàn)帶式輸送機軟啟動，在啟動過程中加速度控制在0.1～0.3 m/s2。在帶式輸送機運行過程PLC 監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)帶式輸送機堆煤、打滑、跑偏、制動以及張緊等監(jiān)控信號是否正常進行判定，若監(jiān)測到帶式輸送機運行出現(xiàn)故障則進行緊急停車。

2.3 變頻調(diào)速

主斜井帶式輸送機使用的帶式輸送機變頻調(diào)速設備為4 臺型號ACS 5000 變頻裝置。考慮到帶式輸送機使用過程中可能存在超載情況，同時驅(qū)動電動機最大轉(zhuǎn)矩可能超過額定轉(zhuǎn)矩2 倍以上，因此使用的ACS 5000 變頻裝置額定輸出電流應超過驅(qū)動電機額定工作電流、每間隔10 min 具有一次過載能力，以便滿足帶式輸送機重載再次啟動能力。變頻器配套使用的變壓器應具備一定的過載能力。

2.4 煤流量檢測

智能控制系統(tǒng)內(nèi)的煤流量檢測系統(tǒng)可依據(jù)帶式輸送機工作特點，對設備運行情況進行優(yōu)化；依據(jù)煤流量檢測結(jié)果確定帶式輸送機運行工作點，并依靠驅(qū)動系統(tǒng)調(diào)節(jié)工作點；確定帶式輸送機煤流量，實現(xiàn)帶式輸送機順煤流啟動；根據(jù)帶式輸送機工作點、上游帶式輸送機輸送煤量及狀態(tài)，優(yōu)化帶式輸送機啟停時間及協(xié)同運行速度；降低帶式輸送機輕載、空載等時間。

帶式輸送機運行時可依據(jù)獲取到煤流量調(diào)整設備運行速度，具體煤流較低（輕載或者空載時），帶式輸送機處于低速運行狀態(tài)；煤流載荷中等時則帶式輸送機處于中速運行狀態(tài)；煤流量較大、帶式輸送機處于重載狀態(tài)時，則帶式輸送機處于高速運行狀態(tài)。

2.5 運行保護系統(tǒng)

在帶式輸送機機頭放置KDW101 電源箱、KTC101-Z 主控制器，其中電源箱為保護系統(tǒng)及沿線各傳感器提供電源；主控制器顯示帶式輸送機運行狀態(tài)、控制帶式輸送機運行，并在帶式輸送機啟動前及運行過程中對煙霧、跑偏、溫度等監(jiān)測參數(shù)進行檢測。

2.6 值守機器人系統(tǒng)

在主斜井布置的值守機器人系統(tǒng)由補光照明系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、防爆計算機以及控制主機等構(gòu)成。將值守機器人系統(tǒng)布置在帶式輸送機落煤點上方1 m 位置，用以實時采集帶式輸送機運行畫面。獲取到的圖像信息同時傳輸給防爆控制主機、防爆計算機，防爆控制主機用以對識別圖像中錨桿、大塊矸石等異物；防爆計算機用以存儲、記錄帶式輸送機運行狀況，并將防爆控制主機以及防爆計算機圖像識別結(jié)果傳輸給地面監(jiān)控中心。當值守機器人系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)異常后，會立即發(fā)出報警信號并依據(jù)異常影響控制帶式輸送機運行速度或者停止帶式輸送機運行。具體值守機器人系統(tǒng)智能分析結(jié)果見圖2 所示。

圖2 值守機器人系統(tǒng)智能分析結(jié)果

3 結(jié)語

現(xiàn)階段礦井主斜井帶式輸送機智能控制系統(tǒng)已平穩(wěn)運行2 年，智能控制系統(tǒng)可依據(jù)井下煤流量變化調(diào)整帶式輸送機運行速度，并實時監(jiān)測帶式輸送機運行狀態(tài)。智能控制系統(tǒng)具有反應速度快、安全監(jiān)測能力強以及運行可靠等優(yōu)點，通過應用智能控制系統(tǒng)可顯著降低帶式輸送機運行能耗以及設備磨耗量，不僅一定程度提升了礦井經(jīng)濟效益并還提升了礦井綜合智能化水平。