礦井主運(yùn)煤皮帶順煤流啟動(dòng)應(yīng)用研究

余 曦

（重慶能投渝新能源有限公司打通一煤礦， 重慶 綦江 401445）

引言

多臺(tái)皮帶連續(xù)化運(yùn)輸采用順煤流啟動(dòng)方式，可以從最后一臺(tái)皮帶先啟動(dòng)，當(dāng)煤炭到達(dá)機(jī)頭設(shè)定位置后，逐臺(tái)啟動(dòng)前級(jí)皮帶。這種啟動(dòng)方式既節(jié)能，又可減少設(shè)備的磨損，同時(shí)增加設(shè)備的使用壽命，縮短拉運(yùn)煤炭的時(shí)間，提高運(yùn)輸?shù)馁|(zhì)量，是煤礦長(zhǎng)距離皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)最顯著的經(jīng)濟(jì)效益體現(xiàn)[1]。

1 煤礦概況

目前我礦運(yùn)煤系統(tǒng)主要集中在11號(hào)層皮帶巷，共有4臺(tái)皮帶連續(xù)運(yùn)輸，分別是11號(hào)層強(qiáng)力皮帶、落地一臺(tái)皮帶、落地二臺(tái)皮帶、西區(qū)皮帶下山強(qiáng)力皮帶，全長(zhǎng)共3 275 m，其中前三臺(tái)長(zhǎng)度2 500 m?，F(xiàn)目前多臺(tái)皮帶連續(xù)運(yùn)輸?shù)膯?dòng)方式采用逆煤流啟動(dòng)，即每次拉煤順序是11號(hào)層強(qiáng)力皮帶→落地一臺(tái)皮帶→落地二臺(tái)皮帶→西區(qū)皮帶下山→給煤機(jī)，這種啟車控制方式的缺點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

1）前三臺(tái)皮帶逆煤流啟車存在一段時(shí)間空負(fù)荷運(yùn)行，距離越遠(yuǎn)空負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，其中每一次啟車11號(hào)層強(qiáng)力皮帶空載運(yùn)行時(shí)間11 min，落地一臺(tái)皮帶空載運(yùn)行8 min，落地二臺(tái)皮帶空載運(yùn)行5 min。

2）皮帶每天空負(fù)荷運(yùn)行做出無用功，即浪費(fèi)電力，又增加了皮帶的磨損，將縮短設(shè)備的使用壽命[2]。

3）每當(dāng)給煤機(jī)被堵時(shí)，只能按照逆煤流啟動(dòng)方式將前面皮帶全部開啟，才能夠處理煤倉堵塞問題。若長(zhǎng)時(shí)間開啟皮帶來處理煤倉堵塞，則容易將水拉入中央煤倉，增加煤炭的含水量造成皮帶打滑。若不啟動(dòng)皮帶處理煤倉堵塞，則處理煤倉下來的煤炭又無法拉出，如單獨(dú)啟動(dòng)給煤機(jī)下的皮帶（西區(qū)皮帶下山強(qiáng)力皮帶）則必須要派人現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)到近控方能操作，將增加處理給煤機(jī)堵塞的處理成本。

4）增加了設(shè)備的檢修維護(hù)成本費(fèi)用。

2 皮帶順煤流啟動(dòng)技術(shù)淺析

皮帶順煤流啟動(dòng)主要有兩大類：一類是傳統(tǒng)式的機(jī)械行程觸點(diǎn)控制啟動(dòng)順煤流，另一類是采用軟件PLC程序加模擬量傳感器控制實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)順煤流。

傳統(tǒng)式的機(jī)械行程觸點(diǎn)控制啟動(dòng)順煤流其工作原理是在最后一臺(tái)皮帶機(jī)頭安裝一個(gè)傳感器，并將傳感器的觸點(diǎn)接入上級(jí)皮帶開關(guān)的控制系統(tǒng)中。當(dāng)最后一臺(tái)皮帶煤炭拉入機(jī)頭碰觸到傳感器，傳感器開關(guān)量的閉合就會(huì)給上級(jí)皮帶啟車提供信號(hào)，以此來啟動(dòng)上臺(tái)皮帶的運(yùn)行，依次類推直到第一臺(tái)皮帶[3]。

這種控制方式在正常運(yùn)輸煤炭的情況下是能夠?qū)崿F(xiàn)，但是，當(dāng)前臺(tái)皮帶出現(xiàn)故障或者傳感器出現(xiàn)故障等遇到其他故障問題時(shí)，上級(jí)皮帶如若無反饋信號(hào)給本臺(tái)皮帶停車，就容易導(dǎo)致本臺(tái)皮帶機(jī)頭出現(xiàn)堆煤事件。并且開關(guān)量傳感器使用不可靠，長(zhǎng)時(shí)間碰撞后容易接點(diǎn)接觸不好，就更容易出現(xiàn)失誤，例如我礦西區(qū)皮帶下山強(qiáng)力皮帶運(yùn)行速度3.15 m/s，如出現(xiàn)堆煤后靠皮帶的堆煤保護(hù)動(dòng)作，其動(dòng)作至少在5 s以上，機(jī)頭堆煤至少4 t以上，并且該問題具有處理難度大、影響時(shí)間長(zhǎng)和勞動(dòng)強(qiáng)度加大等困難。因此，這種順煤流啟動(dòng)運(yùn)行方式無法得到可靠的保障。

采用軟件PLC程序加模擬量傳感器控制實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)順煤流，其工作原理是封鎖原逆煤流控制方式的全頻信號(hào)，在每臺(tái)皮帶機(jī)頭安裝一個(gè)模擬量傳感器，當(dāng)煤炭到達(dá)設(shè)定位置，通過模擬量傳感器的感應(yīng)，給PLC一個(gè)輸入信號(hào)，驅(qū)動(dòng)前臺(tái)皮帶運(yùn)行；考慮到皮帶啟動(dòng)有預(yù)警，因此，在PLC程序內(nèi)設(shè)定25 s的反饋時(shí)間中，當(dāng)前臺(tái)皮帶沒有開啟時(shí)，可以給本臺(tái)皮帶反饋信號(hào)直接停車，防止煤炭過機(jī)頭出現(xiàn)堆煤事故的發(fā)生，待每臺(tái)設(shè)備運(yùn)行正常后，上級(jí)皮帶和下臺(tái)皮帶投入全頻信號(hào)，便可恢復(fù)皮帶的聯(lián)鎖功能；當(dāng)所有皮帶正常運(yùn)行后，其就和原逆煤流的方式一樣，所有的保護(hù)功能都將齊全并可以正常使用，包括皮帶的聯(lián)鎖保護(hù)。

采用這種控制方式的優(yōu)勢(shì)主要以下幾點(diǎn)：第一，傳感器檢測(cè)可靠，提高設(shè)備的可靠性；第二，程序內(nèi)部設(shè)定信號(hào)反饋時(shí)間，如發(fā)生異常情況前臺(tái)未起機(jī)，能夠直接將本來皮帶在煤炭未過機(jī)頭位置時(shí)自動(dòng)停運(yùn)本臺(tái)皮帶，防止堆煤事故發(fā)生；第三，當(dāng)給煤機(jī)出現(xiàn)堵塞時(shí)，能夠單獨(dú)啟動(dòng)給煤機(jī)正下方的皮帶機(jī)（西區(qū)皮帶下山強(qiáng)力皮帶），無需要將前級(jí)所有皮帶啟動(dòng)或單獨(dú)安排人員到現(xiàn)場(chǎng)將控制開關(guān)進(jìn)行調(diào)整，能夠保證處理堵塞的水不進(jìn)入中央煤倉，同時(shí)也能節(jié)約電量、減小設(shè)備磨損及人員投入；第四，保護(hù)功能齊全，既能夠順煤流運(yùn)行也能夠逆煤流運(yùn)行，并且能夠投入聯(lián)鎖保護(hù)及皮帶系統(tǒng)本身應(yīng)有的保護(hù)[4]。

2.1 功能、技術(shù)要求

1）能夠?qū)崿F(xiàn)順煤流控制，先啟動(dòng)最后一臺(tái)皮帶，當(dāng)煤炭到達(dá)機(jī)頭時(shí)，逐臺(tái)啟動(dòng)前級(jí)皮帶。

2）當(dāng)前級(jí)皮帶未開啟時(shí)，自動(dòng)停運(yùn)本臺(tái)皮帶，并不會(huì)出現(xiàn)堆煤故障。

3）每臺(tái)皮帶正常運(yùn)行后，對(duì)應(yīng)皮帶的聯(lián)鎖保護(hù)正常，每臺(tái)皮帶的保護(hù)工作正常。

4）能夠順煤流和逆煤流轉(zhuǎn)換，當(dāng)皮帶運(yùn)行中途突然停電后，能夠采用逆煤流啟動(dòng)方式開車。

5）根據(jù)每臺(tái)皮帶的運(yùn)行速度，確定傳感器的安裝位置，保證在前級(jí)皮帶未開啟時(shí)，反饋的信號(hào)能夠停運(yùn)本臺(tái)皮帶，煤炭距離機(jī)頭15 m左右停運(yùn)。

6）為了防止傳感器失靈，可以在傳感器裝置上安裝2個(gè)傳感器，只要任意一個(gè)傳感器能夠感應(yīng)都能夠保證前級(jí)皮帶運(yùn)行正常[5]。

2.2 皮帶順煤流啟動(dòng)的選擇

根據(jù)我礦運(yùn)煤系統(tǒng)的逆煤流控制方式，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上考慮兩種方案：第一種方案，不在外部增加硬件設(shè)施，直接利用PLC進(jìn)行編程采用時(shí)間進(jìn)行控制達(dá)到順煤流啟動(dòng)；第二種方案，采用在外部增加傳感器加程序控制的方式達(dá)到順煤流啟動(dòng)。

第一種方案，直接進(jìn)行編程，采用時(shí)間控制存在弊端主要表現(xiàn)在：第一，既要保留原來的逆煤流啟動(dòng)方式又要保證順煤流啟動(dòng)方式運(yùn)行，操作會(huì)發(fā)生沖突；第二，修改程序技術(shù)有限，無法正常地保證此方案能夠順利實(shí)施；第三，采用時(shí)間控制，當(dāng)皮帶在運(yùn)行后出現(xiàn)緊急情況，無法進(jìn)行地面集控操作，必須派人到現(xiàn)場(chǎng)單獨(dú)操作不現(xiàn)實(shí)。

第二種方案，在啟車運(yùn)行前封鎖全頻信號(hào)，機(jī)頭70 m左右位置增加一組傳感器，然后通過傳感器的感應(yīng)給前臺(tái)皮帶一個(gè)模擬信號(hào)，啟動(dòng)前臺(tái)皮帶。同時(shí)，在本臺(tái)皮帶的程序上增加一個(gè)反饋信號(hào)，設(shè)定25 s的延時(shí)時(shí)間，當(dāng)本來皮帶煤炭經(jīng)過傳感器后，25 s前臺(tái)皮帶未啟動(dòng)，就反饋信號(hào)到本臺(tái)皮帶切斷本臺(tái)皮帶的控制，停運(yùn)本臺(tái)皮帶，這種方案可以避免煤炭不過機(jī)頭就引起堆煤的現(xiàn)象。

通過兩組方案之間的對(duì)比，故決定實(shí)施第二種方案來達(dá)到順煤流啟動(dòng)功能。為了調(diào)高設(shè)備的可靠性，可在第二種方案的基礎(chǔ)上在外部硬件上確保傳感器可靠，采用雙保險(xiǎn)，即在裝置上安裝2個(gè)光電傳感器，只要其中任意一個(gè)傳感器感應(yīng)到煤炭，都可以給前級(jí)皮帶信號(hào)啟動(dòng)皮帶運(yùn)行[6]。

3 皮帶順煤流啟動(dòng)控制的工作原理及結(jié)構(gòu)特征

3.1 工作原理

封鎖原逆煤流運(yùn)行的所有皮帶全頻信號(hào)，讓聯(lián)鎖保護(hù)暫不投入使用，同時(shí)在除煤倉口的皮帶外其余連臺(tái)皮帶的機(jī)頭安裝一個(gè)光電感應(yīng)傳感器來接收煤炭到點(diǎn)的信號(hào)（傳感器的位置直接根據(jù)皮帶的運(yùn)行速度，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，確保煤炭在反饋信號(hào)25 s內(nèi)不過機(jī)頭，大概在75 m左右），當(dāng)煤炭到點(diǎn)觸碰傳感器動(dòng)作，給前臺(tái)皮帶一個(gè)啟車信號(hào)讓前臺(tái)皮帶啟動(dòng)，再修改每臺(tái)皮帶的反饋信號(hào)點(diǎn)，設(shè)定25 s的時(shí)間。當(dāng)傳感器動(dòng)作25 s后，前臺(tái)皮帶未啟動(dòng)就反饋信號(hào)到本臺(tái)皮帶直接停機(jī)本臺(tái)，避免因前臺(tái)皮帶未啟動(dòng)導(dǎo)致本來皮帶未停機(jī)而發(fā)生的堆煤事件。同時(shí)在前臺(tái)皮帶啟動(dòng)后，就應(yīng)投入前臺(tái)皮帶和本來皮帶的聯(lián)鎖保護(hù)，確保保護(hù)可靠運(yùn)行，以此類推，逐臺(tái)啟動(dòng)，保證順煤流正常運(yùn)行。如遇見突然停機(jī)等異常情況，皮帶上存有大量煤炭，可以直接在集控室上位機(jī)電機(jī)切除順煤流控制操作，采用逆煤流啟動(dòng)控制方式逐臺(tái)啟動(dòng)。

3.2 結(jié)構(gòu)特征

煤礦井下運(yùn)煤系統(tǒng)順煤流系統(tǒng)的組成：由多臺(tái)連續(xù)皮帶、上位機(jī)、環(huán)網(wǎng)、KJD5控制箱、光電傳感器和相關(guān)通信線等組成。

4 皮帶順煤流啟動(dòng)控制的技術(shù)特征

1）能夠?qū)崿F(xiàn)順煤流控制方式逐臺(tái)啟動(dòng)。

2）當(dāng)前臺(tái)皮帶未啟動(dòng)，本臺(tái)皮帶能夠檢測(cè)到反饋停運(yùn)本來皮帶運(yùn)行。

3）順煤流啟動(dòng)前，封鎖多臺(tái)連續(xù)皮帶的聯(lián)鎖保護(hù)。

4）當(dāng)皮帶運(yùn)行正常后，投入聯(lián)鎖保護(hù)。

5）能夠順煤流和逆煤流控制方式切換，防止異常情況多臺(tái)皮帶重負(fù)荷載煤。

5 皮帶順煤流啟動(dòng)的使用情況

從2016年9月份開始，我礦采用傳感器加PLC程序內(nèi)部控制實(shí)現(xiàn)順煤流啟動(dòng)，并積極進(jìn)行了傳感器的裝置加工與程序的內(nèi)部修改，以及上位機(jī)組態(tài)王的修改，總共利用四天的時(shí)間在11號(hào)層對(duì)每臺(tái)皮帶進(jìn)行傳感器的安裝，程序的調(diào)試，上位機(jī)組的修改設(shè)定等工作。于2016年10月20日調(diào)試成功開始試運(yùn)行，截止目前2018年5月21日，期間對(duì)設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行觀察，均能可靠達(dá)到最初效果，實(shí)現(xiàn)了順煤流啟動(dòng)控制方式[7]。

實(shí)現(xiàn)了順煤流啟動(dòng)控制方式，可減少前級(jí)皮帶的空負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間。每一次啟車11號(hào)層強(qiáng)力皮帶節(jié)約空載運(yùn)行時(shí)間11 min，落地一臺(tái)皮帶節(jié)約空載運(yùn)行時(shí)間8 min，落地二臺(tái)皮帶節(jié)約空載運(yùn)行 5 min，平均節(jié)約電量（480×11+180×8+180×5）×0.7/60=88.9 kWh，每天按照啟車4～5次，平均每月節(jié)約能耗4.5×30×88.9=12 001.5 kWh，每月節(jié)約電費(fèi)12 001.5×0.693=8 317元，每年節(jié)約費(fèi)用99 804元。

6 結(jié)語

礦井應(yīng)用皮帶順煤流啟動(dòng)技術(shù)運(yùn)輸系統(tǒng)經(jīng)實(shí)踐證明：各項(xiàng)性能良好，均達(dá)到設(shè)計(jì)要點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了煤礦機(jī)電一體化的管理及應(yīng)用。我礦自應(yīng)用配套大功率、大運(yùn)量、長(zhǎng)距離、大傾角帶式輸送機(jī)電一體化技術(shù)后取得了理想成績(jī)，極大地提升了我礦煤礦生產(chǎn)的綜合實(shí)力，為實(shí)現(xiàn)高效、安全、潔凈、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的煤炭工業(yè)改革打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]杜少敏，于文博，王榮泉.動(dòng)態(tài)分析技術(shù)在帶式輸送機(jī)中間驅(qū)動(dòng)改造中的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械，2017（11）：123-125.

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[3]王平權(quán).機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦企業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用及發(fā)展研究[J].商品混凝土，2013（5）：23-24.

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[5]馮璐.論機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦中的運(yùn)用[J].煤炭技術(shù)，2013（9）：55-56.

[6]王孝鋒，歐陽利勇.當(dāng)前礦山生產(chǎn)中機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用探討[J].世界有色金屬，2017（19）：66-67.

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