南溝煤業(yè)帶式輸送機煤量自動匹配控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究

弓硯文

（山西寧武大運華盛南溝煤業(yè)有限公司，山西 寧武 036700）

帶式輸送機是煤礦井下重要的輸送設(shè)備，其工作時的裝機功率約占到了煤礦總裝機功率的25%，運行時的能耗占到了煤礦設(shè)備工作能耗的50%左右。南溝煤業(yè)主帶式輸送機系統(tǒng)的最大運量為4300t/h，穩(wěn)定運行時的帶速為4.2m/s。目前該主帶式輸送機主要用于接收連采1巷、連采2巷和綜采巷的各分輸送機系統(tǒng)，各巷的理論出煤量分別為180t/h、200t/h、1822t/h。整個輸送機系統(tǒng)運行時的帶速穩(wěn)定在3.6m/s，但由于各巷綜采速度的差異性，經(jīng)常導(dǎo)致輸送帶上的實際煤量遠(yuǎn)低于理論煤量，導(dǎo)致輸送機一直處于空載運行狀態(tài)，不僅極大地消耗了輸送機的實際使用壽命，而且也使煤礦的耗電量居高不下，嚴(yán)重影響了煤炭生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益。因此本文提出了一種基于煤量的自動匹配控制系統(tǒng)，以期實現(xiàn)在確保運輸效率和安全的情況下降低輸送機系統(tǒng)的耗電量，提升運行經(jīng)濟性。

1 煤量自動匹配帶速的制定

由于帶式輸送機工作時的帶速和運量成反比[1]，在運行過程中對輸送帶運行帶速的調(diào)整需要以確保不出現(xiàn)溢煤為基礎(chǔ)。主輸送機輸送帶的運量應(yīng)大于各分支輸送帶的連續(xù)出煤量。根據(jù)南溝煤業(yè)各綜采面的實際情況，理論上，當(dāng)其主輸送機以1.2m/s運行時即可滿足兩個臨界綜采面的連續(xù)綜采的出煤量，但由于實際工作中當(dāng)輸送機系統(tǒng)的電機在低頻運行時的發(fā)熱量大，為了保持一定的余量，該礦設(shè)置主輸送帶運行時的最低帶速為2m/s。輸送機工作時綜采面上的最大出煤量為3110t/h，兩個臨近面上的最大出煤量約為370t/h，因此可設(shè)置主輸送機系統(tǒng)的最大運行速度為3.6m/s，滿足最大出煤量情況下的安全運輸需求。

2 煤量自動匹配控制系統(tǒng)實施方案

南溝煤業(yè)井下主輸送機系統(tǒng)共設(shè)置了6臺1000kW的變頻驅(qū)動控制器，其分別布置在輸送機的機頭和機尾的位置，配置量為3:1。由于該輸送機變頻器控制方案中變頻主機在機頭位置，其他變頻器[2]由主機統(tǒng)一控制，因此在進行自動匹配控制系統(tǒng)改造時，將調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)置到了輸送機頭部靠近變頻主機的位置。為了滿足控制系統(tǒng)根據(jù)井下各綜采設(shè)備的運行情況對輸送機系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，需要將井下綜采1巷、綜采2巷、連采巷的井下控制環(huán)網(wǎng)和運行狀態(tài)采集系統(tǒng)的采集信號實時傳輸?shù)皆摽刂葡到y(tǒng)中，使系統(tǒng)能夠及時準(zhǔn)確地判斷各分輸送帶在某一時刻輸送到主輸送機上的煤量，從而實現(xiàn)對輸送機運行速度的精確控制。南溝煤業(yè)帶式輸送機煤量自動匹配控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 帶式輸送機煤量自動匹配控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3 煤量自動匹配控制系統(tǒng)安全措施

由于主輸送機系統(tǒng)在運行過程中一旦出現(xiàn)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)錯誤，將導(dǎo)致整個區(qū)域內(nèi)的生產(chǎn)完全停止，給煤礦生產(chǎn)造成巨大的損失，因此在該煤量自動匹配控制系統(tǒng)設(shè)計時，需要將安全性和穩(wěn)定性放在最優(yōu)先的位置去考慮。經(jīng)過對控制中可能出現(xiàn)的問題的分析，最終確定在控制系統(tǒng)中設(shè)置偵測調(diào)速系統(tǒng)斷電和掉線的功能[3]。

在運行的過程中系統(tǒng)一旦發(fā)現(xiàn)調(diào)速控制出現(xiàn)偏差將自動控制輸送機以滿速的方式進行運行，也就是自動切斷煤量自動匹配控制系統(tǒng)對該輸送機運行系統(tǒng)的控制，恢復(fù)到之前的非調(diào)速控制運行狀態(tài)，從而確保生產(chǎn)的連續(xù)性。在該安全保護系統(tǒng)中，所獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)均具有穩(wěn)定偵測功能，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)不穩(wěn)則系統(tǒng)自動進行提升，在進行調(diào)速時采用了直接提速和緩慢降速的控制原則。當(dāng)出現(xiàn)煤量和輸送機功率增加時，系統(tǒng)直接控制迅速的提速，而當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到輸送機的功率和煤量下降到某個臨界點時，則會進行梯度降速運行，實現(xiàn)對控制系統(tǒng)安全可靠的調(diào)速。系統(tǒng)自動還原保護原理如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)自動還原保護

4 自動匹配控制過程及應(yīng)用效果

南溝煤業(yè)帶式輸送機系統(tǒng)在獲取到綜采面開始工作的信號后，首先控制將帶式輸送機速度提升到3.6m/s進行運行，當(dāng)綜采面的綜采作業(yè)停止，僅剩下連采面的作業(yè)時，系統(tǒng)將控制帶速使其降低到2m/s的速度進行運行。該控制過程主要是為了驗證系統(tǒng)最低和最高帶速能否滿足井下綜采作業(yè)的需求。在正常的生產(chǎn)中，輸送機帶速的控制主要是通過輸送機的功率信號和皮帶秤對輸送帶上煤炭的承重來進行調(diào)節(jié)的[4]，在實際調(diào)控過程中只有二者有一個出現(xiàn)突然增加，系統(tǒng)就會直接將主輸送帶的帶速提高至3.6m/s，確保系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。南溝煤業(yè)的帶式輸送機煤量自動匹配控制系統(tǒng)在工作時的調(diào)速控制邏輯如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制邏輯示意圖

通過對運行以來該輸送機工作時的耗電量的匯總，在輸送相同量的煤炭的過程中，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的耗電量約為16253kW·h，采用新的煤量匹配控制系統(tǒng)時，其耗電量約為12383kW·h，節(jié)能效率達(dá)到了23.8%，極大地提升了南溝煤業(yè)運輸系統(tǒng)的運輸經(jīng)濟性。

5 結(jié)論

為了解決南溝煤業(yè)帶式輸送機系統(tǒng)在運行過程中長期處于工頻工況、耗電量大的難題，本文提出了一種新的帶式輸送機煤量自動匹配控制系統(tǒng)，對該控制系統(tǒng)速度設(shè)定依據(jù)、工作原理、應(yīng)用過程等進行了分析，結(jié)果表明：

（1）根據(jù)井下綜采作業(yè)狀況，設(shè)置主輸送帶運行時的最低帶速為2m/s，設(shè)置主輸送機系統(tǒng)的最大運行速度為3.6m/s，滿足不同工況下安全運輸需求。

（2）該控制系統(tǒng)設(shè)置有偵測調(diào)速系統(tǒng)斷電和掉線的功能，能夠確保在不同工況下對輸送機運行安全的全面保護。

（3）通過對運行以來該輸送機工作時的耗電量的匯總，在輸送相同量的煤炭的過程中，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的耗電量約為16253kW·h，采用新的煤量匹配控制系統(tǒng)時，其耗電量約為12383kW·h，節(jié)能效率達(dá)到了23.8%，極大地提升了南溝煤業(yè)運輸系統(tǒng)的運輸經(jīng)濟性。