煤礦井下皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行控制研究

楊仁偉

（山西焦煤汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，山西 介休 032000）

引言

帶式輸送機(jī)是煤礦井下運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)備，帶式輸送機(jī)采用的電控系統(tǒng)是否合理直接影響原煤運(yùn)輸效率，同時(shí)會(huì)給礦井生產(chǎn)帶來制約[1-2]。山西某礦為設(shè)計(jì)產(chǎn)能500 萬t/年的大型礦井，其采用斜井、平硐開拓方式，主斜井皮帶輸送機(jī)自投產(chǎn)以來，電控系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)、可靠，可滿足井下原煤高效運(yùn)輸需求。為此，本文就對(duì)礦井主斜井皮帶輸送機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行分析，并重點(diǎn)對(duì)電控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵子系統(tǒng)特點(diǎn)及功能等進(jìn)行闡述，以期為其他礦井皮帶輸送機(jī)電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)。

1 斜井皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

礦井主斜井長度為1 690 m，主斜井內(nèi)鋪設(shè)的皮帶輸送機(jī)長度總計(jì)1 730 m、鋪設(shè)角度0°～10°，輸送帶寬度2 000 mm、運(yùn)行速度5.6 m/s、額定運(yùn)輸能力5 800 t/h，采用4 臺(tái)規(guī)格為2 800 kW/6 kV 驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供動(dòng)力。皮帶輸送機(jī)輸送帶張緊采用機(jī)尾液壓張緊裝置實(shí)現(xiàn)，制動(dòng)方式采用液壓盤式制動(dòng)。皮帶輸送機(jī)電控系統(tǒng)主要包括PLC 監(jiān)控系統(tǒng)、煤流監(jiān)控系統(tǒng)、配電系統(tǒng)（高低壓）、綜合保護(hù)系統(tǒng)及值守機(jī)器人等。

在主斜井井口房位置布置主斜井、西翼大巷及上倉皮帶輸送機(jī)電控設(shè)備，上述皮帶輸送機(jī)通過搭接方式實(shí)現(xiàn)井下原煤運(yùn)輸。井下皮帶輸送機(jī)運(yùn)行控制時(shí)根據(jù)采集到的煤流量，通過遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)接口、變頻器等配合實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)運(yùn)行速度智能調(diào)整。井下綜采工作面皮帶輸送機(jī)、采區(qū)皮帶輸送機(jī)等技能配備有煤流監(jiān)測儀、PLC 控制箱等，煤流監(jiān)測結(jié)果采用PLC 控制箱直接接入井下工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)，具體結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1 皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

皮帶輸送機(jī)運(yùn)行控制時(shí)，將前級(jí)皮帶輸送機(jī)監(jiān)測到的煤流數(shù)據(jù)作為后級(jí)皮帶輸送機(jī)運(yùn)行速度控制的依據(jù)，從而降低皮帶輸送機(jī)在空載、輕載時(shí)的能耗，提高設(shè)備使用壽命。

2 皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)各子系統(tǒng)功能

2.1 配電系統(tǒng)

皮帶輸送機(jī)配電系統(tǒng)包括高、低壓系統(tǒng)兩類，高壓配電系統(tǒng)主要設(shè)備為KYN28-12 高壓開關(guān)柜（現(xiàn)場布置15 臺(tái)），高壓開關(guān)柜配備數(shù)字儀表、真空斷路器（VD4）、綜合保護(hù)器，同時(shí)綜合保護(hù)器具備以太網(wǎng)及RS485 通信接口、電氣保護(hù)及閉鎖裝置等。變頻器供電回路斷路器運(yùn)行受變頻器控制，不受PLC 監(jiān)控系統(tǒng)控制，提高供電可靠性。

低壓配電系統(tǒng)類型為TN-S 系統(tǒng)，主要為1 套低壓開關(guān)柜，進(jìn)線側(cè)通過雙電源自動(dòng)切換裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下皮帶輸送機(jī)成套設(shè)備、井口輔助設(shè)備（包括照明、液壓站等）提供交流電。

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)

皮帶輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要功能要求主要如下[3-5]：

1）控制方式。監(jiān)控系統(tǒng)不僅應(yīng)實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)啟動(dòng)、停機(jī)、保護(hù)及監(jiān)測等功能，而且可實(shí)現(xiàn)多條皮帶輸送機(jī)集中控制并顯示運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)；通過光纖網(wǎng)絡(luò)將皮帶輸送機(jī)運(yùn)行參數(shù)傳輸給地面監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)地面監(jiān)控中心遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2）啟動(dòng)控制。在皮帶輸送機(jī)啟動(dòng)階段首先發(fā)出啟動(dòng)預(yù)告，然后松閘、張緊輸送帶，待完成上述指令后通過變頻器實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)軟啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)加速度控制在0.1～0.3 m/s2，在啟動(dòng)期間對(duì)各種安全監(jiān)測信號(hào)進(jìn)行分析，若發(fā)現(xiàn)存在安全故障則立即停止運(yùn)行。

3）正常停車。需要停止皮帶輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)，先停止前一級(jí)皮帶輸送機(jī)，并延伸一段時(shí)間待輸送帶上煤運(yùn)輸完成后，通過變頻器實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)軟停車；待皮帶輸送機(jī)運(yùn)行速度降低至0.5 m/s 以內(nèi)時(shí)啟動(dòng)控制抱閘，皮帶輸送機(jī)停止運(yùn)行。

4）急停。當(dāng)發(fā)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)急停閉鎖、跑偏、縱向撕裂、煙霧或者堆煤等故障時(shí)，停止主電機(jī)供電并啟動(dòng)抱閘程序，實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)急停。

5）驗(yàn)帶。當(dāng)選擇驗(yàn)帶模式時(shí)，皮帶輸送機(jī)通過變頻器控制保持低速運(yùn)行，從而對(duì)輸送帶進(jìn)行檢查。

6）制動(dòng)系統(tǒng)及主控制系統(tǒng)等均應(yīng)實(shí)現(xiàn)電氣閉鎖控制，確保啟動(dòng)階段、正常運(yùn)行階段制動(dòng)閘處于松開狀態(tài)；皮帶輸送機(jī)速度接近0 時(shí)，制動(dòng)器動(dòng)作；制動(dòng)器出現(xiàn)故障或者斷電時(shí)，主控制器應(yīng)按照急停處理，快速停止皮帶輸送機(jī)運(yùn)行。

2.3 變頻系統(tǒng)確定

現(xiàn)階段煤礦井下使用的變頻裝置主要類型包括低壓級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)變頻器（晶體管類型為IGBT 絕緣柵雙級(jí)型晶體管）、ACS 5000 變頻器（晶體管類型為IGCT集成門級(jí)換流晶體管）、Power Flex7000 變頻器（晶體管類型為SGCT 成門級(jí)換流晶體管）等。結(jié)合以往成果[6-7]并通過綜合比對(duì)分析，最終礦井變頻器選擇采用ACS 5000 變頻器。

2.4 煤流量監(jiān)測

依據(jù)煤流量監(jiān)測結(jié)果調(diào)整皮帶輸送機(jī)運(yùn)行速度，根據(jù)監(jiān)測到的煤流量來實(shí)現(xiàn)運(yùn)行速度調(diào)節(jié)，具體速度包括50%帶速、75%帶速及100%帶速。依據(jù)沿線布置的煤流量監(jiān)測傳感器計(jì)算并分析不同皮帶輸送機(jī)上煤流分布情況，從而自動(dòng)判定皮帶輸送機(jī)順煤流或者逆煤流啟動(dòng)，當(dāng)滿足條件時(shí)皮帶輸送機(jī)優(yōu)先選擇順煤流啟動(dòng)；當(dāng)煤流監(jiān)控不參與時(shí)皮帶輸送機(jī)啟動(dòng)均按照逆煤流方式。具體皮帶輸送機(jī)控制邏輯如圖2 所示。

圖2 皮帶輸送機(jī)控制邏輯

煤流量監(jiān)測系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)記錄沿線各條皮帶輸送機(jī)上煤流量分布情況，若監(jiān)測到各皮帶輸送機(jī)均為空載時(shí)，則皮帶輸送機(jī)均按照順煤流方式啟動(dòng)，具體啟動(dòng)順序?yàn)椋翰擅孢\(yùn)輸巷皮帶輸送機(jī)—西翼大巷皮帶輸送機(jī)—主斜井皮帶輸送機(jī)—上倉皮帶輸送機(jī)。

2.5 綜合保護(hù)系統(tǒng)

在皮帶輸送機(jī)機(jī)頭位置布置電源箱（型號(hào)KDW101）、主控制器（KTC101-Z），電源箱為主控制器供電，主控制器用以控制皮帶輸送機(jī)啟停并顯示運(yùn)行狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)沿線布置的各類傳感器（包括煙霧、溫度、超溫曬水、速度、堆煤等）檢測。

2.6 值守機(jī)器人

值守機(jī)器人系統(tǒng)包括圖像采集、補(bǔ)光照明、防爆計(jì)算機(jī)及控制主機(jī)等。將值守機(jī)器人置于皮帶輸送機(jī)正上方約1.0 m 位置處，用以采集輸送帶圖像并對(duì)圖像處理結(jié)果進(jìn)行分析。采集到的圖像分別傳輸給防爆控制主機(jī)及防爆計(jì)算機(jī)，防爆控制主機(jī)用以對(duì)圖像中錨桿、大塊煤矸等進(jìn)行識(shí)別，避免給輸送帶或者后續(xù)運(yùn)輸帶來影響；圖像處理結(jié)果及監(jiān)測圖像傳輸給防爆計(jì)算機(jī)后，監(jiān)控中心會(huì)實(shí)時(shí)顯示處理結(jié)果及監(jiān)控畫面。具體現(xiàn)場應(yīng)用圖像如圖3 所示。

圖3 值守機(jī)器人現(xiàn)場監(jiān)控畫面

3 結(jié)語

現(xiàn)階段該礦皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)已平穩(wěn)運(yùn)行超過2 年，現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)踐表明，礦井采用的控制系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)、可滿足井下原煤運(yùn)輸需要?？刂葡到y(tǒng)可提高皮帶輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置力矩響應(yīng)速度，同時(shí)具備操作簡單、可靠性強(qiáng)及運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)勢；通過智能調(diào)速系統(tǒng)可降低空載、輕載狀態(tài)下能耗及磨損，提高皮帶輸送機(jī)使用壽命。