礦井皮帶運(yùn)輸集中控制系統(tǒng)應(yīng)用改造

曹海龍

（山西晉神沙坪煤業(yè)有限公司，山西 河曲 036500）

皮帶運(yùn)輸是煤礦出煤系統(tǒng)的主要運(yùn)輸方式，特別是現(xiàn)代化大型礦井，充分利用皮帶運(yùn)輸?shù)倪B續(xù)性和高效性，將生產(chǎn)出的煤炭直接從工作面經(jīng)多部皮帶運(yùn)輸至平地儲(chǔ)煤倉，但隨著礦井深入開采和多區(qū)域聯(lián)合生產(chǎn)，造成運(yùn)輸皮帶數(shù)量增加，崗位操作人員較多[1-3]。因此，對(duì)常村煤礦皮帶運(yùn)輸集中控制改造過程和應(yīng)用效果進(jìn)行研究，滿足礦井高產(chǎn)高效，實(shí)現(xiàn)減員提效，皮帶運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)設(shè)備大型化、煤流運(yùn)輸連續(xù)化、監(jiān)測(cè)控制自動(dòng)化的集中控制要求具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 主煤流運(yùn)輸系統(tǒng)概況

常村煤礦為東翼、西翼開拓方式，其中，東翼分為上部13 采區(qū)和下部23 采區(qū)，西翼分為上部21 采區(qū)和下部22 采區(qū)，各采區(qū)運(yùn)煤系統(tǒng)均采用皮帶運(yùn)輸。13 采區(qū)目前有一個(gè)采煤工作面和2 個(gè)煤巷掘進(jìn)工作面。13011 上順槽和13111 上順槽均為2 部皮帶運(yùn)輸至順槽溜煤眼進(jìn)入13 采區(qū)皮帶，13031 工作面為1 部皮帶運(yùn)輸至工作面溜煤眼進(jìn)入13 采區(qū)皮帶。23 采區(qū)目前有4 個(gè)掘進(jìn)工作面。23011 上抽巷和23011 下抽巷均有2 部皮帶，23081 上抽巷和23081 下抽巷均為1 部皮帶，各掘進(jìn)工作面皮帶均通過溜煤眼進(jìn)入23 采區(qū)皮帶。21采區(qū)目前有2 個(gè)掘進(jìn)工作面，每個(gè)掘進(jìn)工作面均有2 部皮帶，均采用皮帶運(yùn)輸至溜煤眼進(jìn)入21 采區(qū)皮帶。22 采區(qū)目前僅有一個(gè)工作面，工作面出煤經(jīng)皮帶運(yùn)輸至溜煤眼進(jìn)入22 采區(qū)皮帶。13 采區(qū)皮帶及23 采區(qū)皮帶均運(yùn)輸至東翼采區(qū)煤倉，經(jīng)東翼皮帶運(yùn)輸至主斜井煤倉，21 采區(qū)皮帶及22 采區(qū)皮帶均運(yùn)輸至西翼采區(qū)煤倉，經(jīng)西翼皮帶運(yùn)輸至主斜井煤倉。主斜井采用2 部皮帶運(yùn)輸至平地儲(chǔ)煤倉。主煤流運(yùn)輸線路見圖1。

圖1 主煤流運(yùn)輸路線

由圖1可以看出，全礦普通皮帶14 部（掘進(jìn)工作面皮帶），強(qiáng)力皮帶10 部（工作面、采區(qū)、大巷、主斜井皮帶），共計(jì)皮帶24 部。其中，各采區(qū)皮帶及主斜井皮帶均屬于大坡度、長距離運(yùn)輸。就全礦皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)整體而言，存在皮帶數(shù)量多、運(yùn)輸距離長、工況復(fù)雜等特點(diǎn)，除對(duì)皮帶操作崗位人員數(shù)量要求較多外，對(duì)皮帶的日常維護(hù)和檢修方面也存在諸多困難。

2 皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)改造前存在的問題

1）常村煤礦皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)改造前，每部皮帶均需一名皮帶司機(jī)，另因皮帶維護(hù)、清理灑煤等問題需另派1～3 人負(fù)責(zé)沿途維護(hù)，皮帶運(yùn)輸投入大量人力，效率低下。

2）系統(tǒng)改造前期對(duì)局部皮帶采用PLC 系統(tǒng)進(jìn)行集中控制，例如，掘進(jìn)工作面和主斜井兩部皮帶，其他皮帶仍采用傳統(tǒng)人工操作的運(yùn)行方式，無法形成全面集中智能控制，對(duì)前后皮帶運(yùn)輸開啟的銜接和控制不能形成自動(dòng)化，影響高效生產(chǎn)。

3）無法對(duì)皮帶運(yùn)行情況及設(shè)備進(jìn)行在線檢測(cè)，對(duì)設(shè)備的巡檢和維護(hù)主要依賴人工，對(duì)設(shè)備的使用周期管理及配品備件供應(yīng)及準(zhǔn)備情況沒有系統(tǒng)的管理臺(tái)賬，偶有出現(xiàn)例如皮帶電機(jī)壞，現(xiàn)場(chǎng)沒有備用電機(jī)從平地急調(diào)入井更換影響生產(chǎn)的情況。

3 皮帶運(yùn)輸集中控制系統(tǒng)建設(shè)方案

1）全面安裝PLC 控制系統(tǒng)

首先，保證礦井已安裝的PLC 控制設(shè)備正常使用，然后對(duì)未安裝PLC 控制的所有皮帶進(jìn)行安裝。PLC 控制安裝完成后，安裝在線監(jiān)測(cè)及網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)。安裝PLC 控制系統(tǒng)期間，全部統(tǒng)一采用KXJ127 型礦用隔爆兼本安型PLC 控制箱。該控制箱包含PLC 專用控制器和網(wǎng)路交換機(jī)，PLC 控制器具備遠(yuǎn)程、就地、檢修等多種操作方式，具有一定模擬量輸入，可檢測(cè)一些關(guān)鍵機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)；專業(yè)技術(shù)人員可通過編程工具，面向端口的底層程序編制，具有網(wǎng)絡(luò)故障自診斷、PLC 故障自診斷、傳感器和信號(hào)線故障診斷等功能，具有打滑、斷帶、跑偏、撕裂、機(jī)頭堆煤、溫度、煙霧、灑水等各類保護(hù)功能。安裝的PLC 控制器中的CPU315-2DP 主站全部接入U(xiǎn)PS 無間斷電源，用于實(shí)現(xiàn)集中智能監(jiān)控后現(xiàn)場(chǎng)無人操作期間可能發(fā)生的停電失控情況。

2）安裝光纖網(wǎng)絡(luò)

將井下至地面平地安裝皮帶運(yùn)輸沿途寬帶光纖網(wǎng)絡(luò)，并安裝一條皮帶PLC 控制系統(tǒng)DP 專用控制網(wǎng)絡(luò)，將PLC 控制器全部接入DP 專用控制網(wǎng)絡(luò)中，有條件時(shí)可再增加4G 無線網(wǎng)絡(luò)，作為控制網(wǎng)絡(luò)的輔助網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，防止DP 專網(wǎng)斷網(wǎng)后集中控制失控情況，保證集中控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的不間斷性和系統(tǒng)的可靠性。常村煤礦皮帶集中控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 皮帶集中控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖2中將各采區(qū)PLC 控制器中的CPU315-2DP 主站，作為PLC 控制系統(tǒng)的局部調(diào)度指揮點(diǎn)，平地集中控制中心作為PLC系統(tǒng)總調(diào)度。生產(chǎn)過程中，由總調(diào)度根據(jù)生產(chǎn)需求情況下達(dá)指令給相應(yīng)的CPU315-2DP 主站，再由CPU315-2DP 主站控制本機(jī)及下級(jí)皮帶設(shè)備的DP 分站聯(lián)動(dòng)聯(lián)鎖及順序延時(shí)起停，主站與分站之間的信息傳送要求快速、準(zhǔn)確、可靠。

3）安裝安全監(jiān)控系統(tǒng)

為滿足對(duì)皮帶的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面安全監(jiān)控，保障皮帶運(yùn)輸?shù)恼＿\(yùn)行和異常情況的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，一是對(duì)皮帶的機(jī)頭、機(jī)尾及沿途巷道交叉點(diǎn)等關(guān)鍵地點(diǎn)安裝高清礦用隔爆監(jiān)控?cái)z像機(jī)，攝像機(jī)接入光纖網(wǎng)絡(luò)中的PLC 控制系統(tǒng)DP專網(wǎng)，或通過網(wǎng)絡(luò)芯片連接至4G 網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控視頻直接傳輸至地面平地集中控制中心大屏幕，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控皮帶運(yùn)行狀況和查看集中控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操控情況，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常運(yùn)行或遠(yuǎn)程操控失控情況的及時(shí)處理。二是將皮帶輸送機(jī)的各類安全保護(hù)設(shè)施（跑偏保護(hù)、煙霧保護(hù)、速度保護(hù)、撕裂保護(hù)、灑水裝置、煤倉煤位傳感器等）接入一個(gè)電力監(jiān)測(cè)分站，電力監(jiān)測(cè)分站同樣接入PLC 控制系統(tǒng)DP專網(wǎng)，由電力監(jiān)測(cè)分站采集各安全保護(hù)設(shè)施的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)直接傳輸至地面平地集中控制中心服務(wù)器，地面平地集控中心可隨時(shí)巡查和調(diào)取各皮帶安全保護(hù)設(shè)施的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，當(dāng)某個(gè)皮帶輸送機(jī)安全保護(hù)設(shè)施監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常時(shí)，地面平地集中控制中心能夠立即收到報(bào)警信號(hào)，便于及時(shí)安排處理，減少設(shè)備故障影響生產(chǎn)情況。地面平地集中控制中心皮帶安全監(jiān)控見圖3。

圖3 平地集中控制中心皮帶安全監(jiān)控

4 應(yīng)用效果

常村煤礦皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)經(jīng)過安裝PLC 控制系統(tǒng)改造后，在以下幾個(gè)方面收到了顯著效果：一是實(shí)現(xiàn)對(duì)井下所有皮帶在地面平地集中控制中心進(jìn)行集中控制，減少了皮帶司機(jī)這一固定崗位，每班對(duì)每條皮帶運(yùn)輸巷道僅安排1～2 人進(jìn)行巡查維護(hù)即可；全礦24 部皮帶每班可減少約48 個(gè)崗位工，提高了礦井生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。二是經(jīng)過改造實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集中控制后，可根據(jù)生產(chǎn)需要隨時(shí)通過系統(tǒng)控制皮帶開停，避免了以往需開機(jī)時(shí)司機(jī)不能及時(shí)到位開機(jī)或皮帶長時(shí)間空載運(yùn)行不停機(jī)造成電力浪費(fèi)等情況，滿足礦井高效生產(chǎn)和節(jié)支降耗要求。三是通過系統(tǒng)監(jiān)控各皮帶機(jī)的運(yùn)行狀況和各安全監(jiān)控設(shè)備的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的異常情況，便于及時(shí)維護(hù)，減少設(shè)備故障對(duì)生產(chǎn)的影響。

5 結(jié)語

常村煤礦皮帶運(yùn)輸通過集中控制系統(tǒng)改造后，實(shí)現(xiàn)了皮帶智能集中控制，完成了皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的大幅減員和提效，降低了設(shè)備故障率，減少了生產(chǎn)誤時(shí)情況，系統(tǒng)穩(wěn)定性及安全性較高，促進(jìn)了礦井安全高效生產(chǎn)。