金河煤礦井下主運輸皮帶自動化集控系統改造

魏 翔

（窯街煤電集團技術創新中心， 甘肅 蘭州 730084）

引言

礦井原煤運輸的穩定性在煤礦的生產效率中占據著非常重要的位置，原煤主運輸皮帶控制系統的穩定與安全運行，關系到煤礦生產的效率和生產系統的穩定。隨著工業自動化水平的提高和智慧礦山的建設，以及集團公司“一優、三減、四化”要求，采用新技術、新設備建立礦井原煤主運輸皮帶自動化集控系統勢在必行。

金河煤礦年產能力120 萬t，原煤主運輸由地面選運系統和井下主運輸系統兩部分組成。目前金河煤礦地面選運系統自動化集控改造項目正在完成，但井下原煤主運輸系統仍為皮帶機頭就地操作與控制，未實現皮帶機集中控制功能。本文按照智慧礦山建設的總體規劃進行設計，通過設備改造與技術升級實現金河煤礦井下主運輸皮帶自動化集中監測與控制，提升主運輸系統保障能力。

1 井下皮帶主運輸系統概況

1.1 主運輸系統現狀

金河煤礦現有六采區擴大區和八采區兩個采區，其中六采區擴大區運輸系統形成后的主運輸路線為：工作面運輸順槽膠帶輸送機→工作面煤倉→六采區運輸皮帶機（含1496 石門皮帶機）→暗斜井井底煤倉→暗斜井膠帶輸送機→新平硐皮帶機→地面生產系統。

八采區運輸系統形成后的主運輸路線為：回采工作面刮板輸送機→運輸順槽皮帶機→工作面煤倉→1580 運輸大巷皮帶機→1580 煤倉→八采區皮帶運輸上山皮帶機→八采區運輸大巷皮帶機→1496 運輸大巷皮帶機→暗斜井煤倉→暗斜井皮帶機→新平硐皮帶機→地面生產系統。

表1 主運輸皮帶機現狀

1.2 改造范圍

井下主運輸系統自動化集控改造范圍：從采區工作面煤倉開始，沿主運輸系統至新平硐皮帶機。

2 井下主運輸皮帶集控改造方案

根據金和煤礦井下主運輸系統現狀就地安裝控制設備，建立井下主運輸皮帶集中控制系統。采用光纖網絡通訊實現井下主運輸系統皮帶機、煤倉及煤倉給煤機等設備的運行監測、集中控制、視頻監控和業務管理等功能，達到井下主運輸系統安全高效運行和遠程自動控制的目的。

2.1 系統組成

井下主皮帶運輸線遠程集中控制系統由地面集控室、通訊網絡、集控設備、煤倉煤位監測、專線電話系統、視頻監視、皮帶信號系統等組成。

2.1.1 集控室

利用新平硐皮帶配電室作為井下主運輸系統地面集控室。地面集控室配置地面控制箱（PLC）、監控上位機、視頻服務器、電話接入器、大屏幕液晶電視、以太網交換機、打印機和UPS 電源等組成，負責井下主運輸系統現場設備遠程控制和自動控制，同時采集、存儲、查詢和統計分析現場監控系統的運行數據、曲線、事件信息、操作記錄以及故障報警，遠程監視設備運行情況，并進行視頻圖像監控。

2.1.2 通訊網絡

系統采用工業以太網方式通訊，從井下主運輸系統地面監控中心敷設一條延井下主運輸系統走向的光纜，將所有井下集控設備連接，形成完整的通訊網絡。就地PLC 控制箱中內置以太網光纖交換機，所有擴播電話、視頻、數據傳輸通過光纖以太網進行傳輸。

2.1.3 集控設備

在井下主運輸系統各條皮帶機處安裝隔爆兼本安型PLC 控制箱等集中控制設備，實現井下主運輸系統8 條帶式運輸機、5 個煤倉、5 臺給煤機的集中控制和井下主皮帶運輸線路設備的遠程自動控制功能，能夠按照逆煤流順序啟動各條關聯皮帶，實現啟動、運行、聯鎖與保護、停車全過程的自動控制和監測。

1）主運輸系統中8 條帶式運輸機、5 臺給煤機的控制。按照主運輸系統各設備分布情況、受控設備數量及皮帶保護傳感器數量，安裝PLC 控制箱和操作臺，具有皮帶保護信號輸入、皮帶電機運行狀態檢測、就地程控、聯鎖集控、自動控制和手動控制功能，具有信號聯絡功能，實現皮帶運輸線各設備的運行監測、集中控制、數據采集與狀態監視等功能。

2）5 個煤倉的煤位監測。在井下各煤倉上口安裝煤位傳感器，將其信號接入相關皮帶機PLC 控制箱中，實現煤倉煤位監測和皮帶機與給煤機的開停聯鎖。

2.1.4 專線電話系統

在主運輸系統沿線安裝通訊電話，通訊電話分段接入PLC 控制箱內的以太網交換機，實現皮帶運輸線的專線通訊功能，滿足地面集控室對井下的群呼及井下各點的群呼。

2.1.5 視頻監控系統

在各皮帶機的機頭落煤點、機尾給煤機處以及機頭機尾搭接處安裝礦用防爆攝像機，視頻通過以太網進行傳輸，實現井下主運輸系統全線的視頻監視。

2.1.6 開停機信號系統

建立信號系統，通過礦用本安操作臺上的信號聯絡按鈕，由PLC 控制箱采集，信號聯絡按鈕輸出打點信號，實現各控制點與之間的開停機打點信號功能。地面監控中心對集控系統內各點開停機打點信號進行采集和識別，并在遠控開停機時全線語音預警。

2.2 系統功能

可編程控制器（PLC）可靠性高，抗干擾能力強，采用模塊化結構，系統組合靈活方便。對生產工藝改變適應性強，安裝簡單、調試方便、維護工作量小[1]，已在皮帶控制和保護中廣泛使用。本次改造選用集工業以太網、PLC 控制、網絡視頻與網絡電話于一體的礦用隔爆兼本安型可編程控制器，用作井下各種被控設備的集中控制，并可實現遠程設備監控和多媒體監控功能。

根據井下主運輸系統各設備分布情況、受控設備數量及皮帶保護傳感器數量，就地安裝PLC 控制箱及操作臺，實現各皮帶的開停控制、聯鎖控制和開停閉鎖等控制功能，實現設備開停狀態、皮帶保護傳感器信號狀態、電機運行電流等數據采集功能，以及集控系統信號聯絡、視頻和通訊功能。

3 井下皮帶主運輸系統自動化集中控制

3.1 控制方式

集控系統具有就地自控/手動、檢修、遠程單控/集控等多種工作方式[2]。

1）就地自控：各條皮帶關聯閉鎖投入，啟動、運行、聯鎖與保護、停車全過程PLC 自動控制和監測，通過本安操作臺上的集控啟停按鈕，實現單條皮帶的就地一鍵啟停。

通過比較發現：POD重構保留了原始速度場的整體特性，圓柱繞流下游的卡門渦街脫落現象基本上與原始速度場一致；同時，重構速度場剔除了尺度較小的旋渦結構，使得大尺度相關結構的空間結構更加光滑、突顯。

2）就地手動：各條皮帶關聯閉鎖取消，皮帶保護投入，通過本安操作臺上的各設備啟停按鈕，實現單條皮帶的就地一鍵啟停。

3）檢修控制方式：當設備調試或檢修時，各條皮帶關聯閉鎖取消，皮帶保護取消，現場人員全程人工參與控制。

4）遠程單控：地面集控室操作人員通過計算機遠程對設備進行單獨控制，此時由PLC 進行控制，此設備所有保護均投入，但各設備不進行邏輯連鎖，此種方式滿足特殊情況下使用。

5）遠程集控：地面集控室操作人員通過計算機遠程對設備進行自動集控操作，完全由PLC 根據設定的邏輯過程對整個系統進行集中控制，各設備的運行滿足連鎖邏輯的要求，所有保護均投入使用。正常情況下系統以此方式運行。

3.2 控制原則

1）正常運行時，集控皮帶按逆煤流方向啟動。正常停止時，按順煤流方向延時停機。事故停機時，從事故設備起逆煤流的運行設備立即停機。

2）可根據現場運行情況調整皮帶機啟停流程，同時具有皮帶機分段運行控制功能。

4）具有完善的皮帶保護功能，且皮帶保護可選擇是否投入保護。

5）正常情況下停車時，必須先停給煤機，延時一段時間后再停皮帶，以保證皮帶拉空。延時時間=皮帶長度/帶速。

6）系統具有多種控制方式，在同一時間對同條皮帶只能有一種控制方式有效。

7）當同一煤倉有兩條皮帶機落煤時，可根據需要實現任一條運行或兩條同時運行的功能[3-4]。

3.3 傳感器配置

考慮集控系統的兼容性和穩定性，需對8 條皮帶現有的保護傳感器進行更換。

安裝傳感器情況見表2。

表2 皮帶機傳感器配置表

1）溫度傳感器：在電機相應位置及輥筒部分安裝溫度傳感器，實時監測電機、輥筒的溫度。

2）速度傳感器：在皮帶機上設置速度傳感器，連續監測帶式速度，并提供打滑保護信號。

3）煙霧傳感器：在機頭處設置煙霧傳感器，提供煙霧保護。

4）跑偏保護傳感器、拉線保護裝置：在機頭、機尾各布置1 對（臺），其余沿皮帶均布，其中跑偏傳感器每100 m 布置1 對，拉線保護裝置每100 m 布置1臺。

5）堆煤傳感器：皮帶機頭及卸載點安裝堆煤傳感器，實現堆煤停機保護。

6）防爆電磁閥：在灑水管路上安裝防爆電磁閥，與溫度保護配合，完成超溫灑水保護。

7）張力傳感器：在皮帶機張緊滾筒處安裝張力傳感器，測量皮帶輸送機帶式張緊力，防止皮帶因張力下降引起打滑及張力過大引起皮帶受拉變形等故障。

8）撕裂傳感器：在皮帶機機尾裝載點前10 m 處安裝撕裂傳感器，用作皮帶機皮帶縱向撕裂檢測與保護。

9）信號傳感器：原有信號電鈴接入PLC 控制箱，實現啟停信號聯絡、開停請求及開機預警。

10）電流變送器：在皮帶控制開關內安裝電流變送器，實現電機運行電流的監測。

4 結語

礦井自動化建設是智慧礦山發展的趨勢，升級改造后金河煤礦井下主運輸皮帶自動化集中控制系統、通訊系統、視頻監控系統及信號系統構成一個完整的操作、程控、調度和監視網絡，從而實現對各個皮帶啟停的集中控制以及對各個皮帶保護功能的的實時監測。通過對井下主運輸系統的集中監控，使礦井原煤主運輸系統更加安全可靠，保證了原煤運輸暢通，提高了運煤能力，降低了事故率以及設備故障的處理時間，也減少了皮帶崗位操作人員數量，降低了作業強度，減少了礦井生產運行費用，運行效率提高，對提升整個礦井的自動化程度和現代化管理水平發揮了重要作用。