煤礦井下膠帶輸送機的無人值守控制系統(tǒng)研究

斯德江

（陽煤集團新景礦煤業(yè)有限責任公司，山西陽泉 045000）

0 引言

煤礦作為重要的能源，給全球的經(jīng)濟增長和社會的發(fā)展做出了很大貢獻。從最開始手工礦井下挖煤，到簡單的使用機械，再到現(xiàn)在各種自動化機械和電氣設備的應用，使得煤礦井下的挖煤作業(yè)效率越來越高，也變得越來越安全。這些都受益于科學技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。近些年來，我國的煤礦機械裝配在電氣化和自動化方面也取得了很大進步，但是與國外較為發(fā)達先進的國家相比，仍然存在著系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性不足、工作效率低下、零部件使用壽命短、維護成本高等問題，尤其是與智能化相結(jié)合的程度仍有很大的上升空間。膠帶運輸機由于具有經(jīng)濟性和高效率性，在煤礦井下的應用非常廣泛。但是在當前的管理和受自動化程度的影響，需要將煤炭從工作面通過膠帶輸送機運送至井上，整個過程需要很多工作人員的配合來完成。因此，在操作方面比較復雜。通過智能通信技術(shù)和無線通信技術(shù)，實現(xiàn)可以遠程控制和在線監(jiān)測以及操作的無人值守控制系統(tǒng)，是比較理想的解決方案。

1 無人值守控制系統(tǒng)簡介

在煤礦井下的輸送機中安裝相應的集散型控制系統(tǒng)，可以用傳感器來代替原來的輸送司機和清掃人員的工作，并通過通信技術(shù)進一步的深入融合，可以實現(xiàn)在指揮中心對整個煤礦井下的操作遠程控制，以達到井下輸送機無人現(xiàn)場值守的目的（圖1）。

在該系統(tǒng)中，通過攝像監(jiān)視系統(tǒng)可以提高無人系統(tǒng)運行安全性。在沒有人的情況下，指揮中心不僅可以詳細確認煤礦井下的工作狀況，還可以根據(jù)實際運行情況進行系統(tǒng)調(diào)整。通過無線通信技術(shù)，實現(xiàn)檢修維護人員和指揮中心隨時聯(lián)系。當指揮中心中通過監(jiān)視系統(tǒng)或者數(shù)據(jù)的反饋收集到設備出現(xiàn)故障的信號，將設備的故障信息告訴維護人員，以便維護人員能清楚掌握設備的故障模式，快速進行設備的維修工作。

2 無人值守控制系統(tǒng)各子系統(tǒng)簡介

為了滿足膠帶輸送機在無人值守時依然能順利工作，必須要具備以下6 個系統(tǒng)。

圖1 某煤礦井下的膠帶輸送機無人值守控制系統(tǒng)

（1）在線監(jiān)測系統(tǒng)。為了實現(xiàn)對煤礦井下各種電氣設備工作運行狀態(tài)的實時確認，必須要對電機、減速器，膠帶機主動滾、被動滾和改向滾軸承的溫度進行監(jiān)測，隨時掌握設備的運行溫度，一旦有異常情況導致溫度上升，可以第一時間發(fā)現(xiàn)。一般通過在軸承的滾內(nèi)使用紅外測溫傳感器，對減速器油位和油溫進行監(jiān)測。系統(tǒng)根據(jù)各處運行溫度的不同進行規(guī)格的設定，一旦監(jiān)測到的傳感器溫度超過設定溫度時，系統(tǒng)就會發(fā)出報警，但不停機，將警報信息傳遞給地面的控制中心監(jiān)控人員，由監(jiān)控人員查看情況，根據(jù)實際狀態(tài)作出判斷。

（2）膠帶輸送機綜合保護系統(tǒng)。該保護系統(tǒng)能對綜合保護系統(tǒng)進行保護，另外還對堆煤保護實行安裝系統(tǒng)。由于卸載滾的溫度變化能反應出膠帶輸送機的運行狀態(tài)，因此，該系統(tǒng)的安裝位置在卸載滾的前下方。當膠帶輸送機有異常情況出現(xiàn)時，系統(tǒng)的溫度會上升超出規(guī)定值，并且，一旦出現(xiàn)短路時，可能會有煙霧出現(xiàn)，可以通過對超溫保護裝置和煙霧保護裝置的定期上井實驗。同樣，保護系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠程的操作，實現(xiàn)遠程的復位、屏蔽、選擇自主停機功能。工作人員只需要在控制中心通過畫面進行監(jiān)控操作，就可以實現(xiàn)這些操作。為了應對異常的突發(fā)情況，膠帶輸送機沿線急停實現(xiàn)急停開關(guān)的位置報送，開關(guān)自主停機選擇功能。

（3）供電系統(tǒng)。為了無人值守系統(tǒng)能持續(xù)有效進行工作，需要提供系統(tǒng)工作所需要的電源。供電系統(tǒng)也需要實現(xiàn)遠程監(jiān)控，通過控制中心的操作，可以對系統(tǒng)內(nèi)的開關(guān)、調(diào)速裝置、照明綜保、變壓器等實現(xiàn)遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)的傳輸、設置、開停等。

（4）視頻監(jiān)控系統(tǒng)。通過視頻監(jiān)控，能對膠帶輸送機卸煤處進行實時監(jiān)視。遠期考慮使用機器人巡檢檢查膠帶輸送機的機頭和機尾的關(guān)鍵部位，徹底實現(xiàn)管理的智能化和自動化。

（5）綜合管理中心。將膠帶機前面4 個系統(tǒng)集中到一個平臺集中管理，每一部膠帶機一個模塊，模塊間相互聯(lián)系，實現(xiàn)集中控制，并通過中心和地面的控制中心進行數(shù)據(jù)的傳輸和交換。

（6）與地面控制中心的及時聯(lián)絡，不僅能隨時監(jiān)控井下設備電氣的工作狀態(tài)，重要的是要將監(jiān)控的數(shù)據(jù)上傳給地面上控制中心，便于控制中心隨時掌握情況，以作綜合判斷。

3 無人值守控制系統(tǒng)應具備的硬件條件

由于無人值守系統(tǒng)牽涉的面比較廣，不僅需要各種軟件系統(tǒng)，還需要強大的硬件系統(tǒng)來支持。除此以外，控制中心的工作人員和煤礦井下的作業(yè)維修人員也都必須要具備良好的技術(shù)能力，同時，為了方便在出現(xiàn)異常情況下維護人員能及時到達第一現(xiàn)場，需要提供安全、便捷的交通工具，而煤礦井下又不同于地面上的交通運輸，環(huán)境比較復雜，需要綜合考慮各種因素。比如，有些煤礦的礦井是多水平，需要對交通工具車進行水平的配置，以免多條線上同時發(fā)生故障時而交通工具車不夠用的情況出現(xiàn)。維修人員也要根據(jù)實際情況來分布，比如某條線出現(xiàn)故障的概率一直比較高，就需要多配備一些工作人員，可以考慮兩條線工作時間不同來公用維護人員，減少人員的布置，提高企業(yè)濟效益。不過，如有必要，也需要對維護人員進行水平的布置。為了提高系統(tǒng)維護和故障排除的響應性，一般維修工具和一些零部件的備品都會直接保管在井下設備的附近。因此，需要設置專門的工具室存放這些工具。對于工具室的管理，做到保存有序，標識和工具要一一對應，便于維護人員拿取。另外，要做成工具清單管理，定期對工具進行盤點，確保工具有足夠的備品。各影像監(jiān)視處，為了提高攝像的清晰度，要增加相應的照明，并且，攝像頭要定期去除表面灰層。攝像頭要多視角，采用遠距離監(jiān)視，增大監(jiān)視范圍，同時指揮中心的工作人員根據(jù)實際情況可以進行距離的調(diào)節(jié)。

另外，為了增強膠帶輸送機的運行穩(wěn)定性，要對膠帶輸送機的日常進行管理。主要注意以下5 個方面的內(nèi)容。

（1）膠帶的接頭要合格，防止膠帶跑偏、磨帶。對老舊的膠帶要及時更換。鋼絲繩芯膠帶要防止有鋼絲繩頭甩出。

（2）機架要安裝到位，以確保膠帶在軌道上運行。

（3）每天檢修時要進行實驗堆煤、跑偏保護、縱撕保護的確認。

（4）定期對電氣設備進行開蓋檢查和絕緣檢查，特別是動作部件，如真空接觸器、繼電器等。檢查線路是否壓接牢固。

（5）膠帶在運行時要防止大塊、雜物卡賭；膠帶在機頭、機尾發(fā)生撕帶；膠帶跑偏造成疊帶；卡拌、卡的質(zhì)量不夠造成斷帶。

4 煤礦井下智能帶式輸送機發(fā)展方向

放眼未來，我國煤礦井下智能帶式輸送機主要發(fā)展方向如下：

（1）在輸送距離和輸送能力上將進一步提高。隨著煤礦企業(yè)規(guī)模的擴大化，必然要求輸送機要有足夠行程的輸送能力，并且輸送量要大。由于科技水平的上升，當前我國煤礦井下的帶式輸送機，寬度已經(jīng)達到了1.6 m，輸送距離也已經(jīng)超過了7 km，在科技力量的推動下，煤礦用帶式輸送機的輸送能力還將達到更高的水平。

（2）功能的多元化。從單純對物料進行傳輸，到配合其他設備共同作業(yè)使用和自行處理故障，智能帶式輸送機將具備越來越多的功能，以滿足煤礦生產(chǎn)企業(yè)的特殊作業(yè)環(huán)境和作業(yè)要求。

（3）核心元器件的功能越來越多樣化。在系統(tǒng)的自動化監(jiān)測、計測和消防安全等方面的技術(shù)在我國還處于初期研究的階段。從國際上其他先進的發(fā)達國家技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀以及取得的成果來看，則也是我國未來在這方面發(fā)展的趨勢。

（4）智能化的程度將進一步提升。通過機電一體化技術(shù)和通信技術(shù)的進一步發(fā)展，在煤礦井下帶式輸送機中增加更多的智能化應用，以提高設備運行的效率和精度，從而降低設備故障的發(fā)生率。

（5）整機的可靠性將進一步提高。整機的協(xié)調(diào)性將進一步完善，出故障率進一步降低，因此，設備將變得越來越安全，整機壽命也會得到提高。

（6）采用4G 網(wǎng)絡通信，可以實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)的高效及時發(fā)送，也可以實現(xiàn)井下和控制中心的視頻通話。一旦有緊急情況，也可以在第一時間內(nèi)聯(lián)系上控制中心人員。隨著我國5G 技術(shù)的飛躍發(fā)展，未來必要是要實現(xiàn)5G 通信，以便更加高效進行數(shù)據(jù)的傳輸。

5 結(jié)束語

煤礦企業(yè)井下膠帶輸送機實現(xiàn)無人值守，是一個龐大的系統(tǒng)工程。在設備的匹配和兼容上需要提前確認，從硬件上提供保障。對于企業(yè)而言，需要進一步提高控制中心和井下維護人員的技術(shù)能力，以及他們之間協(xié)調(diào)作業(yè)的默契。無人值守系統(tǒng)各子系統(tǒng)的功能要隨時保證不能缺失，才能真正發(fā)揮無人值守控制系統(tǒng)的能力。企業(yè)需要加大這方面的研究投入，提升煤礦在開采過程中的自動化程度。