煤礦帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)順煤流啟動控制技術(shù)研究

曹曉源

（汾西礦業(yè)柳灣煤礦，山西 孝義 032303）

引言

帶式輸送機(jī)依靠滾筒、輸送帶間摩擦力輸送帶上煤流運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)井下綜采工作面煤炭外運(yùn)，具有穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)簡單以及適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，通過多個(gè)帶式輸送機(jī)搭接即可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境長距離運(yùn)輸[1-2]。帶式輸送機(jī)由于功率大、使用時(shí)間長，是礦井運(yùn)輸系統(tǒng)主要能耗設(shè)備，降低帶式輸送機(jī)能耗對提升礦井經(jīng)濟(jì)效益具有一定的促進(jìn)意義[3]?，F(xiàn)階段帶式輸送機(jī)多采用逆煤流方式，此種啟動方式可保障煤炭運(yùn)輸安全，但是也存在帶式輸送機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)間長、磨損量增加以及能耗高等問題[4-7]。為此，文中根據(jù)日常工作經(jīng)驗(yàn)提出一種順煤流啟動控制技術(shù)，在滿足煤炭運(yùn)輸需要的前提下確保帶式輸送機(jī)可平穩(wěn)運(yùn)行，同時(shí)實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度依據(jù)運(yùn)送載荷動態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行。

1 3509 綜采工作面工程概況

山西某礦現(xiàn)階段生產(chǎn)主要集中在南翼3 采區(qū)，開采5 號煤層，煤層厚度均值3.8 m，賦存穩(wěn)定，采用綜采開采方式。5 號煤層3509 綜采工作面開采的原煤經(jīng)采面刮板輸送機(jī)，運(yùn)輸巷、采區(qū)、運(yùn)輸暗斜井以及主斜帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載運(yùn)輸?shù)降孛孢M(jìn)行煤炭洗選。煤炭采用搭接運(yùn)輸方式，運(yùn)輸長度共計(jì)5 980 m，總裝機(jī)功率2 650 kW，采用逆煤流啟動方式，即可主斜井帶式輸送機(jī)率先啟動、采面運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)最后啟動，同時(shí)輸送機(jī)運(yùn)輸速度保持3.6 m/min。帶式輸送機(jī)運(yùn)行存在能耗高、運(yùn)輸系統(tǒng)啟動時(shí)間長等問題。

2 帶式輸送機(jī)順煤流啟動技術(shù)原理

針對現(xiàn)有帶式輸送機(jī)逆煤流啟動存在的能耗高、資源浪費(fèi)以及磨損程度增加等問題，文中提出采用順煤流啟動方式。該順煤流啟動控制方式見圖1所示，該控制方式綜合帶速監(jiān)測、變頻控制以及運(yùn)量檢測等功能。

圖1 順煤流啟動控制方式結(jié)構(gòu)圖

從圖中1 中看出，該順煤流啟動控制核心組件以PLC 為核心，在PLC 內(nèi)嵌運(yùn)量-帶速匹配模型，可實(shí)帶速與運(yùn)量間的智能調(diào)整，在滿足煤炭運(yùn)輸需要的同時(shí)降低帶式輸送機(jī)運(yùn)行能耗。運(yùn)量檢測采用激光掃描法，通過對輸送帶上堆積的煤炭體積進(jìn)行實(shí)時(shí)分析獲取輸送煤量；帶式輸送機(jī)帶速監(jiān)測依靠布置在輸送帶下方的機(jī)械編碼器實(shí)現(xiàn)。PLC 通過對獲取到的運(yùn)量以及帶速進(jìn)行分析，從而輸出合理的運(yùn)行速度。

在帶速輸送機(jī)多級搭接運(yùn)輸時(shí)，首先需要確定上一級帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度并依據(jù)帶式輸送機(jī)長度確定物料運(yùn)送距離，從而確定鄰近的下一級帶式輸送機(jī)最佳啟動時(shí)間、啟動速度，提升帶式輸送機(jī)運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性。

3 帶式輸送機(jī)順煤流軟啟動方式及控制方案

3.1 帶式輸送機(jī)順煤流軟啟動方式

帶式輸送機(jī)順煤流啟動時(shí)需要有較強(qiáng)的反應(yīng)能力并在短時(shí)間內(nèi)加速運(yùn)行到額定設(shè)定速度。在初期啟動時(shí)加速度越快則對輸送機(jī)造成的振動沖擊越大，會給帶式輸送機(jī)運(yùn)行可靠性以及使用壽命等造成影響。為了在滿足帶式輸送機(jī)安全運(yùn)行的前提下提升啟動初期加速度，文中對帶式輸送機(jī)軟啟動方式進(jìn)行比對優(yōu)選，具體不同啟動方式特性曲線見圖2 所示。

圖2 不同啟動方式特性曲線

從圖2 中可知，帶式輸送機(jī)軟啟動采用等加速度啟動控制方式時(shí)，啟動初期會給帶式輸送機(jī)明顯的沖擊，同時(shí)啟動耗時(shí)長，無法滿足快速啟動需要；選用正弦啟動或者拋物線型啟動控制方式時(shí)，兩者的加速度變化率較大，但是啟動時(shí)間有較小差異，會給帶式輸送機(jī)初期啟動時(shí)較大的沖擊力，因而無法滿足平穩(wěn)啟動需要；等三角形啟動控制方式具有啟動沖擊小、啟動速度快等優(yōu)點(diǎn)，可滿足帶式輸送機(jī)快速、平穩(wěn)啟動需要。

3.2 帶式輸送機(jī)順煤流啟動控制方案

文中提出采用順煤流啟動方式控制帶式輸送機(jī)運(yùn)行，從而降低設(shè)備運(yùn)行能耗以及磨損等。為避免帶式輸送機(jī)順煤流啟動時(shí)，上級輸送機(jī)將煤流運(yùn)輸至下級輸送機(jī)而下級帶式輸送機(jī)仍未啟動的問題，需要合理確定帶式輸送機(jī)順煤流啟動時(shí)間。

帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)簡化圖見圖3 所示，設(shè)定井下帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)中1 號帶式輸送機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行速度為V，輸送機(jī)按照等三角型啟動時(shí)啟動耗時(shí)為ts，1 號帶式輸送機(jī)運(yùn)輸距離L1應(yīng)大于Vts；下一級帶式輸送機(jī)（2 號帶式輸送機(jī)）延伸啟動時(shí)間t2可通過下述公式計(jì)算：t2=（L1+L2）/V-ts，其中L2表示下一級帶式輸送機(jī)（2 號帶式輸送機(jī)）運(yùn)輸長度。依次類推，即可求得后一級帶式輸送機(jī)啟動時(shí)間。若后一級帶式輸送機(jī)未在設(shè)定時(shí)間內(nèi)啟動，則前級帶式輸送機(jī)緊急停機(jī)，避免出現(xiàn)輸送機(jī)堆煤事故。

圖3 帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)簡化圖

4 現(xiàn)場應(yīng)用效果

礦井帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)于2020 年10 月完成順煤流啟動改造，在后續(xù)過程中帶式輸送機(jī)可實(shí)現(xiàn)順煤流啟動運(yùn)行，期間未出現(xiàn)堆煤、啟動故障等問題，同時(shí)運(yùn)行速度可依據(jù)運(yùn)輸煤量調(diào)整?，F(xiàn)場應(yīng)用后帶式輸送機(jī)能耗降低15%以上，預(yù)計(jì)年可節(jié)省電費(fèi)投入約55 萬元。

5 結(jié)語

為提高礦井帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行可靠性以及經(jīng)濟(jì)性，提出將順煤流啟動控制技術(shù)應(yīng)用到帶式輸送機(jī)運(yùn)行控制中?？刂葡到y(tǒng)以PLC 為核心，通過采用傳感器獲取輸送機(jī)煤流量以及運(yùn)行速度，在實(shí)現(xiàn)順煤流啟動同時(shí)可依據(jù)運(yùn)輸載荷動態(tài)調(diào)整運(yùn)速，從而提升帶式輸送機(jī)運(yùn)行效率。在順煤流啟動控制時(shí)，帶式輸送機(jī)軟啟動采用的等三角形啟動控制方式具有啟動沖擊小、啟動速度快等優(yōu)點(diǎn)，可滿足帶式輸送機(jī)快速、平穩(wěn)啟動需要。

現(xiàn)場應(yīng)用后，礦井井下煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)可平穩(wěn)運(yùn)行，期間未出現(xiàn)輸送機(jī)堆煤、運(yùn)輸故障等情況，預(yù)計(jì)年可降低運(yùn)輸系統(tǒng)電費(fèi)投入約55 萬元，取得較好的應(yīng)用效果。