永智煤礦運輸系統(tǒng)智能化改造技術

王雁峰

(內(nèi)蒙古滿世永智煤炭有限公司， 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000)

煤礦智能化開采是我國煤炭資源開發(fā)的重要發(fā)展趨勢[1-2].為深入貫徹落實國家發(fā)展改革委等《關于加快煤礦智能化發(fā)展的指導意見》以及內(nèi)蒙古自治區(qū)能源局等廳局下發(fā)的《關于加快內(nèi)蒙古自治區(qū)煤礦智能化建設的實施意見》等相關政策，加快智能化礦井技術的改革與發(fā)展[3]，永智煤礦于2021年10月進行了井下運輸系統(tǒng)智能化改造，本著“智能化、少人化、無人化”改造原則，根據(jù)井下煤層條件與開采現(xiàn)狀，對該礦運輸系統(tǒng)進行智能化改造，從而減少井下人員配置、降低事故發(fā)生概率及改善井下作業(yè)環(huán)境，實現(xiàn)礦山智能化開采目標[4-6].

1 礦井概況

永智煤礦目前主采5101工作面，傾角小于3°，為近水平煤層，工作面設計長度為225 m，推進長度約為2 500 m，設計采高4.2 m，運輸順槽凈斷面(矩形)4.8 m×3.5 m，工作面輔運順槽凈斷面(矩形)5.0 m×3.5 m.礦井采用無軌膠輪車作為輔助運輸，現(xiàn)有WC20R型防爆無軌膠輪人車2臺、WC5J型防爆無軌膠輪材料車1臺。

2 主運系統(tǒng)智能化改造

2.1 現(xiàn)用主運系統(tǒng)分析

永智煤礦現(xiàn)開采的4-2中煤層采用膠帶輸送機運煤，4-2中煤層順槽配備DSJ100/80/250型膠帶輸送機，4-2中煤層大巷配備DTL100/100/2×250型膠帶輸送機，主斜井配備DTL100/40/132型膠帶輸送機，掘進工作面配備DSJ80型膠帶輸送機。

該礦擬將5-1煤層5101工作面建成智能化工作面，5-1煤運輸順槽帶式輸送機和5-1煤運輸大巷及主暗斜井帶式輸送機作為該次智能化改造的主要對象。因此，該礦主運輸系統(tǒng)智能化建設采用購置新設備和對現(xiàn)有控制系統(tǒng)進行改造，實現(xiàn)該系統(tǒng)的智能化控制要求。

2.2 主運系統(tǒng)改造方法

1) 膠帶運輸機改造。

5-1煤運輸順槽選擇DSJ120/120/2×200型可伸縮帶式輸送機，5-1煤運輸大巷選擇DSJ120/150/2×315型可伸縮帶式輸送機，主暗斜井選擇DSJ120/100/2×75型可伸縮帶式輸送機。DSJ120系列可伸縮帶式輸送機的機頭、傳動及儲帶倉采用模塊化集成設計，無需整體做基礎，便于拆卸，減小回采時停采線留煤柱距離，增加煤柱回收開采量。本機采用無基礎設計，機頭卸載處采用剪力梁形式固定。采用機頭集中變頻起動方式，驅動功率及功率平衡符合設計要求，滿足5 Hz額定頻率的任意轉速下長時運行。變頻器顯示具有電機電流、電壓、頻率、故障報警、記憶的功能，可保存最近6個月的故障信息及運行參數(shù)，可通過USB接口下載數(shù)據(jù)，并進入集控系統(tǒng)予以監(jiān)測。帶式輸送機設置具有煤安標志的纜式線型感溫探測器(CTI-190X)，對帶式輸送機全線進行實時在線監(jiān)測，并能夠準確顯示報警點溫度及報警距離，高溫報警響應規(guī)模<1 cm.

2) 控制系統(tǒng)功能改造。

改造后的運輸機控制系統(tǒng)選用KJ1083礦用工作面及皮帶運輸通信控制系統(tǒng)，PLC通過通訊接口或模擬量接口與變頻驅動裝置之間進行信號傳遞和數(shù)據(jù)交換，可協(xié)調(diào)控制電機的頻率達到速度控制，對驅動裝置故障進行檢測。在皮帶機頭、機尾、煤倉下給煤機、犁煤器處選用KBA129(A)礦用隔爆兼本安型攝像儀用于視頻監(jiān)控。

對于系統(tǒng)保護功能方面，選用KHP352礦用帶式輸送機保護裝置，該裝置可用于煤礦井下單條或多條帶式輸送機的操作、控制、監(jiān)測、保護、狀態(tài)顯示、打點聯(lián)絡、通話及語音報警等，也可用于地面生產(chǎn)系統(tǒng)的控制、監(jiān)測和綜合保護，見圖1.

整個控制系統(tǒng)由地面計算機、打印機、環(huán)形網(wǎng)絡通訊接口、KHP352礦用帶式輸送機保護裝置、KTC186礦用工作面通信控制裝置、KXJ660(B)型礦用隔爆兼本安型PLC控制箱、礦用隔爆型網(wǎng)絡交換機、隔爆兼本安型計算機、礦用本安型操作臺、隔爆兼本安型攝像儀、電纜、光纜和其它必要設備組成。

圖1 KHP352礦用帶式輸送機保護裝置單機配圖

3 輔運系統(tǒng)智能化改造

3.1 現(xiàn)用輔運系統(tǒng)分析

永智煤礦現(xiàn)開采的4-2中煤層采用無軌膠輪車作為輔助運輸，現(xiàn)有WC20R型防爆無軌膠輪人車2臺、WC5J型防爆無軌膠輪材料車1臺。

該礦擬將5-1煤層5101工作面建成智能化工作面，仍采用無軌膠輪車作為輔助運輸，現(xiàn)有的1臺無軌膠輪材料車無法滿足兩水平生產(chǎn)需求。因此設計新增2臺WC5J型防爆無軌膠輪材料車。輔助運輸設備規(guī)格特征及數(shù)量見表1.

表1 防爆無軌膠輪車規(guī)格特征及數(shù)量表

上述設備不具備智能化，因此該礦掘進系統(tǒng)智能化建設主要對現(xiàn)有輔助運輸系統(tǒng)進行改造，實現(xiàn)輔助運輸系統(tǒng)的智能化要求。

3.2 輔運系統(tǒng)智能化改造方法

系統(tǒng)改造后采用KJ915礦用機車運輸管理系統(tǒng)，利用UWB定位技術，能夠實現(xiàn)車輛的實時定位、區(qū)域控制、安全警示、報警監(jiān)測和應急快速搜尋等功能，能夠迅速了解井下車輛的位置分布情況，實時監(jiān)控行走路徑，并在GIS地圖上實時展現(xiàn)，提高了對井下車輛的監(jiān)測和調(diào)度，增強發(fā)生事故時井下車輛的快速反應能力。在減人提效方面：減少了現(xiàn)場人員的配置，改造前對于礦用機車運輸?shù)墓芾?，現(xiàn)場需配備6名人員，智能化改造后現(xiàn)場只需配備2名人員;通過現(xiàn)場實時有效監(jiān)控，能夠快速準確識別出事故發(fā)生的潛在風險，做到“早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早處理”，降低了事故發(fā)生率，提高了工作面生產(chǎn)效率。

1) 車輛管理系統(tǒng)。

該系統(tǒng)能在GIS圖上實時顯示井下車輛的精確位置信息，靜態(tài)狀態(tài)下定位精度30 cm，動態(tài)精度5.3 m(36 km/h均速狀態(tài)下)，為車輛調(diào)度管理提供依據(jù)，提高車輛利用效率。系統(tǒng)通過GIS圖可動態(tài)顯示車輛運行情況，顯示井下車輛的位置、行進方向，顯示信號燈指示狀態(tài)等設備的相關信息，為車輛調(diào)度管理提供依據(jù)。

2) 失速攔截系統(tǒng)。

智慧化柔性膠輪車失速保護系統(tǒng)由機械部分、電氣部分、軟件部分組成。該系統(tǒng)集監(jiān)測監(jiān)控、智能預警、智能聯(lián)動、融合共享及數(shù)據(jù)可視化于一體，具有設備自診斷、通信雙保障、攔截雙觸發(fā)、車輛準攔截、攔截柔性化、控制智能化等優(yōu)點，智慧化柔性跑車防護裝置控制系統(tǒng)架構示意圖見圖2.

圖2 智慧化柔性跑車防護裝置控制系統(tǒng)架構示意圖

無軌膠輪車失速攔截系統(tǒng)的機械部分采用六級柔性緩沖，利用進口彈性材料與壓板吸能器配合，利用柔性阻攔網(wǎng)，攔截失速車輛，無需對車輛進行改裝，阻攔動作不會損害車輛及駕駛員人身安全，阻攔網(wǎng)的破斷拉力為300 kN，每個吸能器的攔截能量可以按需調(diào)節(jié)，對不同的車型分類攔截，攔截的距離也可以按需控制，無軌膠輪車失速攔截系統(tǒng)示意圖見圖3.

3) 智能監(jiān)控系統(tǒng)。

該系統(tǒng)依托雷達測速、阻攔裝置、視頻監(jiān)控等硬件設備為基礎，利用大數(shù)據(jù)進行提取、比對、加工處理，采集終端結構化及非結構化數(shù)據(jù)，通過存儲、加載、計算、渲染等方式，以實現(xiàn)車輛速度、阻攔裝置的準確性及巷道內(nèi)視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)的實時性、可視性，從而為智能預警提供有利數(shù)據(jù)支撐。

圖3 無軌膠輪車失速攔截系統(tǒng)示意圖

結合數(shù)據(jù)融合共享技術，對終端采集數(shù)據(jù)、常規(guī)運行數(shù)據(jù)及定制化數(shù)據(jù)進行動態(tài)分析展示，如對車速監(jiān)測分析、失速攔截統(tǒng)計分析、阻攔裝置監(jiān)測分析、預警分析、設備量統(tǒng)計等，能夠及時了解車輛安全運行狀況，為安全生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支撐。

4 預期改造效果分析

通過對永智煤礦運輸系統(tǒng)進行智能化改造，產(chǎn)生的預期效果體現(xiàn)在以下幾個方面：

1) 減少井下人員配置。系統(tǒng)改造前，井下整個運輸系統(tǒng)現(xiàn)場操控人員約為12人，智能化改造后，現(xiàn)場僅需4名人員進行系統(tǒng)巡檢，人員數(shù)量降低2/3，人力資源支出可減少80～100萬元/年。

2) 降低事故發(fā)生率。采取智能化運輸系統(tǒng)，可以及時找出故障發(fā)生根源，做到故障早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早處理，有效提高運輸系統(tǒng)的可靠性，降低故障及事故發(fā)生概率。

3) 改善井下作業(yè)環(huán)境。運輸通過智能化控制，減少了人員勞動強度，使作業(yè)人員進入工作面的時間明顯減少，避免了人員長期處于工作面中，作業(yè)環(huán)境顯著改善。

5 結 語

煤礦采用的常規(guī)井下運輸系統(tǒng)，往往存在智能化程度較低，井下人員需求量大，作業(yè)環(huán)境差等問題，通過對井下運輸系統(tǒng)進行智能化改造，將現(xiàn)代化智能技術融入到井下運輸系統(tǒng)，為礦井智能化建設起到推動作用。