金河煤礦井下主運輸皮帶自動化集控系統(tǒng)改造

魏 翔

（窯街煤電集團技術(shù)創(chuàng)新中心， 甘肅 蘭州 730084）

引言

礦井原煤運輸?shù)姆€(wěn)定性在煤礦的生產(chǎn)效率中占據(jù)著非常重要的位置，原煤主運輸皮帶控制系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全運行，關(guān)系到煤礦生產(chǎn)的效率和生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定。隨著工業(yè)自動化水平的提高和智慧礦山的建設(shè)，以及集團公司“一優(yōu)、三減、四化”要求，采用新技術(shù)、新設(shè)備建立礦井原煤主運輸皮帶自動化集控系統(tǒng)勢在必行。

金河煤礦年產(chǎn)能力120 萬t，原煤主運輸由地面選運系統(tǒng)和井下主運輸系統(tǒng)兩部分組成。目前金河煤礦地面選運系統(tǒng)自動化集控改造項目正在完成，但井下原煤主運輸系統(tǒng)仍為皮帶機頭就地操作與控制，未實現(xiàn)皮帶機集中控制功能。本文按照智慧礦山建設(shè)的總體規(guī)劃進行設(shè)計，通過設(shè)備改造與技術(shù)升級實現(xiàn)金河煤礦井下主運輸皮帶自動化集中監(jiān)測與控制，提升主運輸系統(tǒng)保障能力。

1 井下皮帶主運輸系統(tǒng)概況

1.1 主運輸系統(tǒng)現(xiàn)狀

金河煤礦現(xiàn)有六采區(qū)擴大區(qū)和八采區(qū)兩個采區(qū)，其中六采區(qū)擴大區(qū)運輸系統(tǒng)形成后的主運輸路線為：工作面運輸順槽膠帶輸送機→工作面煤倉→六采區(qū)運輸皮帶機（含1496 石門皮帶機）→暗斜井井底煤倉→暗斜井膠帶輸送機→新平硐皮帶機→地面生產(chǎn)系統(tǒng)。

八采區(qū)運輸系統(tǒng)形成后的主運輸路線為：回采工作面刮板輸送機→運輸順槽皮帶機→工作面煤倉→1580 運輸大巷皮帶機→1580 煤倉→八采區(qū)皮帶運輸上山皮帶機→八采區(qū)運輸大巷皮帶機→1496 運輸大巷皮帶機→暗斜井煤倉→暗斜井皮帶機→新平硐皮帶機→地面生產(chǎn)系統(tǒng)。

表1 主運輸皮帶機現(xiàn)狀

1.2 改造范圍

井下主運輸系統(tǒng)自動化集控改造范圍：從采區(qū)工作面煤倉開始，沿主運輸系統(tǒng)至新平硐皮帶機。

2 井下主運輸皮帶集控改造方案

根據(jù)金和煤礦井下主運輸系統(tǒng)現(xiàn)狀就地安裝控制設(shè)備，建立井下主運輸皮帶集中控制系統(tǒng)。采用光纖網(wǎng)絡(luò)通訊實現(xiàn)井下主運輸系統(tǒng)皮帶機、煤倉及煤倉給煤機等設(shè)備的運行監(jiān)測、集中控制、視頻監(jiān)控和業(yè)務(wù)管理等功能，達到井下主運輸系統(tǒng)安全高效運行和遠程自動控制的目的。

2.1 系統(tǒng)組成

井下主皮帶運輸線遠程集中控制系統(tǒng)由地面集控室、通訊網(wǎng)絡(luò)、集控設(shè)備、煤倉煤位監(jiān)測、專線電話系統(tǒng)、視頻監(jiān)視、皮帶信號系統(tǒng)等組成。

2.1.1 集控室

利用新平硐皮帶配電室作為井下主運輸系統(tǒng)地面集控室。地面集控室配置地面控制箱（PLC）、監(jiān)控上位機、視頻服務(wù)器、電話接入器、大屏幕液晶電視、以太網(wǎng)交換機、打印機和UPS 電源等組成，負責(zé)井下主運輸系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備遠程控制和自動控制，同時采集、存儲、查詢和統(tǒng)計分析現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)、曲線、事件信息、操作記錄以及故障報警，遠程監(jiān)視設(shè)備運行情況，并進行視頻圖像監(jiān)控。

2.1.2 通訊網(wǎng)絡(luò)

系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)方式通訊，從井下主運輸系統(tǒng)地面監(jiān)控中心敷設(shè)一條延井下主運輸系統(tǒng)走向的光纜，將所有井下集控設(shè)備連接，形成完整的通訊網(wǎng)絡(luò)。就地PLC 控制箱中內(nèi)置以太網(wǎng)光纖交換機，所有擴播電話、視頻、數(shù)據(jù)傳輸通過光纖以太網(wǎng)進行傳輸。

2.1.3 集控設(shè)備

在井下主運輸系統(tǒng)各條皮帶機處安裝隔爆兼本安型PLC 控制箱等集中控制設(shè)備，實現(xiàn)井下主運輸系統(tǒng)8 條帶式運輸機、5 個煤倉、5 臺給煤機的集中控制和井下主皮帶運輸線路設(shè)備的遠程自動控制功能，能夠按照逆煤流順序啟動各條關(guān)聯(lián)皮帶，實現(xiàn)啟動、運行、聯(lián)鎖與保護、停車全過程的自動控制和監(jiān)測。

1）主運輸系統(tǒng)中8 條帶式運輸機、5 臺給煤機的控制。按照主運輸系統(tǒng)各設(shè)備分布情況、受控設(shè)備數(shù)量及皮帶保護傳感器數(shù)量，安裝PLC 控制箱和操作臺，具有皮帶保護信號輸入、皮帶電機運行狀態(tài)檢測、就地程控、聯(lián)鎖集控、自動控制和手動控制功能，具有信號聯(lián)絡(luò)功能，實現(xiàn)皮帶運輸線各設(shè)備的運行監(jiān)測、集中控制、數(shù)據(jù)采集與狀態(tài)監(jiān)視等功能。

2）5 個煤倉的煤位監(jiān)測。在井下各煤倉上口安裝煤位傳感器，將其信號接入相關(guān)皮帶機PLC 控制箱中，實現(xiàn)煤倉煤位監(jiān)測和皮帶機與給煤機的開停聯(lián)鎖。

2.1.4 專線電話系統(tǒng)

在主運輸系統(tǒng)沿線安裝通訊電話，通訊電話分段接入PLC 控制箱內(nèi)的以太網(wǎng)交換機，實現(xiàn)皮帶運輸線的專線通訊功能，滿足地面集控室對井下的群呼及井下各點的群呼。

2.1.5 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

在各皮帶機的機頭落煤點、機尾給煤機處以及機頭機尾搭接處安裝礦用防爆攝像機，視頻通過以太網(wǎng)進行傳輸，實現(xiàn)井下主運輸系統(tǒng)全線的視頻監(jiān)視。

2.1.6 開停機信號系統(tǒng)

建立信號系統(tǒng)，通過礦用本安操作臺上的信號聯(lián)絡(luò)按鈕，由PLC 控制箱采集，信號聯(lián)絡(luò)按鈕輸出打點信號，實現(xiàn)各控制點與之間的開停機打點信號功能。地面監(jiān)控中心對集控系統(tǒng)內(nèi)各點開停機打點信號進行采集和識別，并在遠控開停機時全線語音預(yù)警。

2.2 系統(tǒng)功能

可編程控制器（PLC）可靠性高，抗干擾能力強，采用模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)組合靈活方便。對生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強，安裝簡單、調(diào)試方便、維護工作量小[1]，已在皮帶控制和保護中廣泛使用。本次改造選用集工業(yè)以太網(wǎng)、PLC 控制、網(wǎng)絡(luò)視頻與網(wǎng)絡(luò)電話于一體的礦用隔爆兼本安型可編程控制器，用作井下各種被控設(shè)備的集中控制，并可實現(xiàn)遠程設(shè)備監(jiān)控和多媒體監(jiān)控功能。

根據(jù)井下主運輸系統(tǒng)各設(shè)備分布情況、受控設(shè)備數(shù)量及皮帶保護傳感器數(shù)量，就地安裝PLC 控制箱及操作臺，實現(xiàn)各皮帶的開停控制、聯(lián)鎖控制和開停閉鎖等控制功能，實現(xiàn)設(shè)備開停狀態(tài)、皮帶保護傳感器信號狀態(tài)、電機運行電流等數(shù)據(jù)采集功能，以及集控系統(tǒng)信號聯(lián)絡(luò)、視頻和通訊功能。

3 井下皮帶主運輸系統(tǒng)自動化集中控制

3.1 控制方式

集控系統(tǒng)具有就地自控/手動、檢修、遠程單控/集控等多種工作方式[2]。

1）就地自控：各條皮帶關(guān)聯(lián)閉鎖投入，啟動、運行、聯(lián)鎖與保護、停車全過程PLC 自動控制和監(jiān)測，通過本安操作臺上的集控啟停按鈕，實現(xiàn)單條皮帶的就地一鍵啟停。

通過比較發(fā)現(xiàn)：POD重構(gòu)保留了原始速度場的整體特性，圓柱繞流下游的卡門渦街脫落現(xiàn)象基本上與原始速度場一致；同時，重構(gòu)速度場剔除了尺度較小的旋渦結(jié)構(gòu)，使得大尺度相關(guān)結(jié)構(gòu)的空間結(jié)構(gòu)更加光滑、突顯。

2）就地手動：各條皮帶關(guān)聯(lián)閉鎖取消，皮帶保護投入，通過本安操作臺上的各設(shè)備啟停按鈕，實現(xiàn)單條皮帶的就地一鍵啟停。

3）檢修控制方式：當設(shè)備調(diào)試或檢修時，各條皮帶關(guān)聯(lián)閉鎖取消，皮帶保護取消，現(xiàn)場人員全程人工參與控制。

4）遠程單控：地面集控室操作人員通過計算機遠程對設(shè)備進行單獨控制，此時由PLC 進行控制，此設(shè)備所有保護均投入，但各設(shè)備不進行邏輯連鎖，此種方式滿足特殊情況下使用。

5）遠程集控：地面集控室操作人員通過計算機遠程對設(shè)備進行自動集控操作，完全由PLC 根據(jù)設(shè)定的邏輯過程對整個系統(tǒng)進行集中控制，各設(shè)備的運行滿足連鎖邏輯的要求，所有保護均投入使用。正常情況下系統(tǒng)以此方式運行。

3.2 控制原則

1）正常運行時，集控皮帶按逆煤流方向啟動。正常停止時，按順煤流方向延時停機。事故停機時，從事故設(shè)備起逆煤流的運行設(shè)備立即停機。

2）可根據(jù)現(xiàn)場運行情況調(diào)整皮帶機啟停流程，同時具有皮帶機分段運行控制功能。

4）具有完善的皮帶保護功能，且皮帶保護可選擇是否投入保護。

5）正常情況下停車時，必須先停給煤機，延時一段時間后再停皮帶，以保證皮帶拉空。延時時間=皮帶長度/帶速。

6）系統(tǒng)具有多種控制方式，在同一時間對同條皮帶只能有一種控制方式有效。

7）當同一煤倉有兩條皮帶機落煤時，可根據(jù)需要實現(xiàn)任一條運行或兩條同時運行的功能[3-4]。

3.3 傳感器配置

考慮集控系統(tǒng)的兼容性和穩(wěn)定性，需對8 條皮帶現(xiàn)有的保護傳感器進行更換。

安裝傳感器情況見表2。

表2 皮帶機傳感器配置表

1）溫度傳感器：在電機相應(yīng)位置及輥筒部分安裝溫度傳感器，實時監(jiān)測電機、輥筒的溫度。

2）速度傳感器：在皮帶機上設(shè)置速度傳感器，連續(xù)監(jiān)測帶式速度，并提供打滑保護信號。

3）煙霧傳感器：在機頭處設(shè)置煙霧傳感器，提供煙霧保護。

4）跑偏保護傳感器、拉線保護裝置：在機頭、機尾各布置1 對（臺），其余沿皮帶均布，其中跑偏傳感器每100 m 布置1 對，拉線保護裝置每100 m 布置1臺。

5）堆煤傳感器：皮帶機頭及卸載點安裝堆煤傳感器，實現(xiàn)堆煤停機保護。

6）防爆電磁閥：在灑水管路上安裝防爆電磁閥，與溫度保護配合，完成超溫灑水保護。

7）張力傳感器：在皮帶機張緊滾筒處安裝張力傳感器，測量皮帶輸送機帶式張緊力，防止皮帶因張力下降引起打滑及張力過大引起皮帶受拉變形等故障。

8）撕裂傳感器：在皮帶機機尾裝載點前10 m 處安裝撕裂傳感器，用作皮帶機皮帶縱向撕裂檢測與保護。

9）信號傳感器：原有信號電鈴接入PLC 控制箱，實現(xiàn)啟停信號聯(lián)絡(luò)、開停請求及開機預(yù)警。

10）電流變送器：在皮帶控制開關(guān)內(nèi)安裝電流變送器，實現(xiàn)電機運行電流的監(jiān)測。

4 結(jié)語

礦井自動化建設(shè)是智慧礦山發(fā)展的趨勢，升級改造后金河煤礦井下主運輸皮帶自動化集中控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)及信號系統(tǒng)構(gòu)成一個完整的操作、程控、調(diào)度和監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)對各個皮帶啟停的集中控制以及對各個皮帶保護功能的的實時監(jiān)測。通過對井下主運輸系統(tǒng)的集中監(jiān)控，使礦井原煤主運輸系統(tǒng)更加安全可靠，保證了原煤運輸暢通，提高了運煤能力，降低了事故率以及設(shè)備故障的處理時間，也減少了皮帶崗位操作人員數(shù)量，降低了作業(yè)強度，減少了礦井生產(chǎn)運行費用，運行效率提高，對提升整個礦井的自動化程度和現(xiàn)代化管理水平發(fā)揮了重要作用。