主運(yùn)系統(tǒng)優(yōu)化起車研究

弓鋒鋒

(國能神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司石圪臺煤礦，陜西 榆林 719315)

0 引言

帶式輸送機(jī)又稱膠帶輸送機(jī)，作為煤礦主要運(yùn)輸系統(tǒng)是煤礦使用最多，效率最高的運(yùn)輸煤炭方式，其獨(dú)特的設(shè)備結(jié)構(gòu)和組成部分，使其具備承載和牽引的雙重作用。具有適應(yīng)長距離連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)輸，結(jié)構(gòu)簡單易于檢修維護(hù)，并可實(shí)現(xiàn)上、下行運(yùn)輸。

煤炭從井下運(yùn)輸?shù)降孛嫘枰?jīng)過多部帶式輸送機(jī)，組成的聯(lián)合運(yùn)輸系統(tǒng)互相之間需要建立完善的通信系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。目前，帶式輸送機(jī)之間已形成了穩(wěn)定可靠的集中控制和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，每部帶式輸送機(jī)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行都直接影響礦井的有序順利生產(chǎn)。

1 主運(yùn)輸系統(tǒng)現(xiàn)狀

通常把煤的運(yùn)輸方向作為煤流方向，既由綜合機(jī)械化采煤工作面或連續(xù)機(jī)械化采煤工作面等煤炭運(yùn)輸起始位置作為運(yùn)輸起點(diǎn)，把煤炭運(yùn)輸?shù)淖罱K儲存位置(煤倉)作為運(yùn)輸終點(diǎn)。由帶式輸送機(jī)組成的主要運(yùn)輸系統(tǒng)在煤礦多采用“順煤流停車，逆煤流起車”的啟停方式進(jìn)行控制，即停車時(shí)，按照煤炭運(yùn)輸方向的相同方向，將皮帶載煤全部拉空后依次停止各帶式輸送機(jī)的運(yùn)行；起車時(shí)，按照煤炭運(yùn)輸方向的相反方向，依次啟動(dòng)各帶式輸送機(jī)。

“順煤流方向停車，逆煤流方向起車”的啟停方式確保了帶式輸送機(jī)在停車、起車過程中，保證皮帶空載，給帶式輸送機(jī)的檢修、維護(hù)創(chuàng)造條件，同時(shí)又避免下部膠帶機(jī)處于停車狀態(tài)時(shí)，上部膠帶機(jī)開機(jī)造成煤炭堆積等故障的發(fā)生。

1.1 主運(yùn)輸系統(tǒng)

以石圪臺煤礦為例，主要分2個(gè)煤層運(yùn)輸煤炭，每個(gè)煤層有獨(dú)立的運(yùn)輸系統(tǒng)，再與主井帶式輸送機(jī)搭接，最終將煤炭經(jīng)由主井帶式輸送機(jī)、上倉帶式輸送機(jī)、三部配倉帶式輸送機(jī)運(yùn)送至原煤倉內(nèi)。

如圖1所示，在2-2煤南翼和2-2煤北翼各布置有1個(gè)綜合機(jī)械化采煤工作面，所回采煤炭分別經(jīng)由順槽膠帶機(jī)運(yùn)送至2-2煤南翼和2-2煤北翼膠帶機(jī)，再分別運(yùn)送至2-2煤大巷膠帶機(jī)上。

圖1 石圪臺煤礦主運(yùn)輸系統(tǒng)示意(1)

從圖2中可以看出，在3-1煤南翼布置有1個(gè)綜合機(jī)械化采煤工作面，所回采煤炭分經(jīng)由順槽膠帶機(jī)運(yùn)送至3-1煤南翼膠帶機(jī)，再運(yùn)送至3-1煤大巷膠帶機(jī)上。

圖2 石圪臺煤礦主運(yùn)輸系統(tǒng)示意(2)

如圖3所示，2-2煤大巷膠帶機(jī)、3-1煤大巷膠帶機(jī)運(yùn)輸?shù)拿禾糠謩e從不同漏煤斗運(yùn)送至主井膠帶機(jī)，再由主井膠帶機(jī)運(yùn)送至上倉膠帶機(jī)，最終經(jīng)配倉所布置的3部膠帶機(jī)將煤炭運(yùn)至4個(gè)原煤倉內(nèi)。

圖3 石圪臺煤礦主運(yùn)輸系統(tǒng)示意(3)

1.2 膠帶機(jī)基礎(chǔ)信息

各膠帶機(jī)基礎(chǔ)信息見表1。

表1 各帶式輸送機(jī)主要信息

1.3 皮帶保護(hù)情況

各條帶式輸送機(jī)均按照《煤礦安全規(guī)程》相關(guān)要求安設(shè)有跑偏、堆煤、聯(lián)鎖、速度、煙霧、溫度、超溫灑水、防撕裂、急停閉鎖等保護(hù)裝置，當(dāng)膠帶機(jī)運(yùn)行期間出現(xiàn)跑偏、堆煤、失速、欠速、溫度異常、著火、撕裂等故障時(shí)，上述保護(hù)裝置均會發(fā)出報(bào)警、停車信號，并通過控制裝置自動(dòng)停止帶式輸送機(jī)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)故障的監(jiān)測和控制。

同時(shí)，在各帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的電氣控制部分，還配備有過載、短路、過電壓等電氣保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)出現(xiàn)過負(fù)荷、短路、電壓異常等情況時(shí)，均會發(fā)出信號并停止帶式輸送機(jī)運(yùn)行，起到監(jiān)測和控制的作用，以此實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行。

1.4 起車方式存在的問題

通常所采用的“逆煤流方向起車”，從主運(yùn)輸系統(tǒng)的末端開始，向井下逐一啟動(dòng)各部膠帶機(jī)。

從圖4中可以看出，當(dāng)井下開始開采作業(yè)時(shí)，煤炭并不能在短時(shí)間內(nèi)運(yùn)輸?shù)矫簜}內(nèi)，從配倉到順槽帶式輸送機(jī)的開起需要一定的時(shí)間，將煤炭從順槽運(yùn)送至煤倉，也需要一定的時(shí)間，將影響運(yùn)輸效率，且各帶式輸送機(jī)空載運(yùn)行時(shí)間較長。

圖4 起車流程

將煤炭從落料點(diǎn)(漏煤斗)運(yùn)送至機(jī)頭落料點(diǎn)(漏煤斗)，以達(dá)到運(yùn)送至下一條皮帶的作用，所需時(shí)間為

S=L/V

式中，S為運(yùn)輸時(shí)間，s；L為運(yùn)輸距離，m；V為帶速，m/s。

以3-1煤煤炭運(yùn)輸至原煤倉為例，運(yùn)輸距離為L=上倉膠帶機(jī)運(yùn)輸長度+主井膠帶機(jī)運(yùn)輸長度+3-1煤大巷膠帶機(jī)長度+3-1煤南翼膠帶機(jī)運(yùn)輸長度+3-1煤南翼順槽膠帶機(jī)運(yùn)輸長度。

其中3-1煤南翼順槽膠帶機(jī)會根據(jù)綜合機(jī)械化采煤工作面的回采推采不斷縮減長度，按照總長4 500 m，平均長度2 250 m計(jì)算。

L=193+648+3 320+2 500+2 250=8 911 m；

S=8 911/4.5=1 980 s=33 min。

目前煤礦使用的的長距離帶式輸送機(jī)多采用交流→直流→交流的變頻驅(qū)動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的軟啟動(dòng)，從起車信號發(fā)出至滿速一般需要3～5 min時(shí)間，按照平均值4 min計(jì)算，上倉、主井、3-1煤、3-1煤南翼、3-1煤南翼順槽共5部膠帶機(jī)，需要約20 min。

每部帶式輸送機(jī)的控制系統(tǒng)在起車時(shí)必須提前發(fā)出預(yù)警信號，一般在30 s左右。從配倉至3-1煤南翼順槽需經(jīng)過6部帶式輸送機(jī)，共需預(yù)警時(shí)間約3 min。

全系統(tǒng)從起車開始至煤炭運(yùn)輸至煤倉內(nèi)，無效運(yùn)輸時(shí)間共計(jì)約56 min。因此，有必要采取更加優(yōu)化的起車方式，縮減開機(jī)后的無效時(shí)間，提升運(yùn)輸效率，減少由此帶來的資源和能源浪費(fèi)。

2 優(yōu)化起車

根據(jù)以上分析，可以從起車的順序和預(yù)警機(jī)制上對主運(yùn)輸系統(tǒng)的起車進(jìn)行優(yōu)化。

2.1 方案

采取分段起車，3-1煤南翼膠帶機(jī)(2-2煤南翼膠帶機(jī)、2-2煤北翼膠帶機(jī))與順槽膠帶機(jī)采用“逆煤流方向起車”，3-1煤大巷膠帶機(jī)(2-2煤大巷膠帶機(jī)至上倉膠帶機(jī))采取“順煤流”方向起車。兩段起車可同時(shí)進(jìn)行，由帶式輸送機(jī)集控室統(tǒng)一通過已有的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)操作。

圖5 優(yōu)化起車流程

改變預(yù)警方式，當(dāng)3-1煤大巷膠帶機(jī)(2-2煤大巷膠帶機(jī)至上倉膠帶機(jī))采取“順煤流”方向起車時(shí)，帶式輸送機(jī)逐一開始預(yù)警，30 s的預(yù)警時(shí)間結(jié)束后，變頻電機(jī)啟動(dòng)，開始逐漸加速，此時(shí)下部膠帶機(jī)即可開始預(yù)警，減少必須達(dá)到滿速時(shí)的4 min加速時(shí)間影響。將主運(yùn)皮帶的聯(lián)鎖控制信號發(fā)出時(shí)間從達(dá)到滿速改為達(dá)到滿速的30%，可以節(jié)省13 min時(shí)間。

同時(shí)根據(jù)所服務(wù)的綜采工作面和連采工作面的開機(jī)情況、出煤情況，與膠帶機(jī)的變頻器、控制器等裝置之間的通信設(shè)施，以及膠帶機(jī)根據(jù)產(chǎn)量和綜采、連采開機(jī)情況來實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能。

當(dāng)3-1煤南翼膠帶機(jī)、2-2煤南翼膠帶機(jī)、2-2煤北翼膠帶機(jī)這3個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)中的一個(gè)開機(jī)時(shí)，主井膠帶機(jī)、上倉膠帶機(jī)、配倉膠帶機(jī)要隨之進(jìn)行開機(jī)。

通過分段起車、改變預(yù)警方式、膠帶機(jī)調(diào)速能方式的聯(lián)合應(yīng)用，當(dāng)3-1煤南翼膠帶機(jī)(2-2煤南翼膠帶機(jī)、2-2煤北翼膠帶機(jī))啟動(dòng)后，順槽膠帶機(jī)預(yù)警啟動(dòng)時(shí)間加上當(dāng)3-1煤南翼膠帶機(jī)(2-2煤南翼膠帶機(jī)、2-2煤北翼膠帶機(jī))運(yùn)輸距離，有足夠的時(shí)間將3-1煤大巷膠帶機(jī)(2-2煤大巷膠帶機(jī))至配倉膠帶機(jī)逐條進(jìn)行啟動(dòng)，留有足夠緩沖時(shí)間，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠?？蓪?shí)現(xiàn)提高膠帶機(jī)運(yùn)行效率、減少能源浪費(fèi)、有效調(diào)整檢修與運(yùn)行時(shí)間等多項(xiàng)優(yōu)異效果。

2.2 保障措施。

具體措施為：①按此方案開機(jī)時(shí)，必須先解除各條膠帶機(jī)之間的聯(lián)鎖保護(hù)信號，并解除集中控制程序中的聯(lián)鎖信號。取消上倉膠帶機(jī)與主井膠帶機(jī)、主井膠帶機(jī)與3-1煤大巷膠帶機(jī)(2-2煤大巷膠帶機(jī))、3-1煤大巷膠帶機(jī)與3-1煤南翼膠帶機(jī)、2-2煤大巷膠帶機(jī)與2-2煤南翼/2-2煤北翼膠帶機(jī)控制器、控制系統(tǒng)的聯(lián)鎖，保留順槽與集運(yùn)膠帶機(jī)的聯(lián)鎖。②調(diào)度指揮中心在停止全系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)前必須確定已將所有皮帶已拉空。在起車時(shí)密切觀察各條膠帶機(jī)運(yùn)行情況，膠帶機(jī)崗位人員注意觀察皮帶運(yùn)煤情況。③為防止開機(jī)過程中出現(xiàn)撕帶、斷帶等突發(fā)情況，膠帶機(jī)之間的聯(lián)鎖必須在起車并達(dá)到滿速后立即投入，系統(tǒng)聯(lián)鎖由調(diào)度指揮中心值班人員操作，膠帶機(jī)保護(hù)器聯(lián)鎖由各膠帶機(jī)崗位人員操作。加強(qiáng)膠帶機(jī)沿線的鐵器管理，必須嚴(yán)格禁止大型鐵器出現(xiàn)在膠帶機(jī)上。④此流程只試用于皮帶空載情況。若上部膠帶機(jī)達(dá)到滿速或已開始上煤，下部膠帶機(jī)未開起，必須將上部膠帶機(jī)停機(jī)。膠帶機(jī)帶載期間遇突然停車情況時(shí)，從所停車膠帶機(jī)按照逆煤流方向起車。⑤必須在所有膠帶機(jī)頭加裝攝像頭，在調(diào)度指揮中心加設(shè)語音報(bào)警系統(tǒng)(上膠帶機(jī)已正常運(yùn)行，下膠帶機(jī)未啟動(dòng)時(shí)，報(bào)警提示)。

3 結(jié)論

石圪臺煤礦通過采用該優(yōu)化起車方式大大縮減開機(jī)時(shí)間，提高開機(jī)率，減少因起車過程中的膠帶機(jī)空轉(zhuǎn)造成的能源浪費(fèi)。在進(jìn)行改進(jìn)的同時(shí)，增加通信設(shè)施的可靠性、提高膠帶機(jī)檢修質(zhì)量、增設(shè)監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備、改善集中控制系統(tǒng)等一系列措施，也進(jìn)一步優(yōu)化了以帶式輸送機(jī)為主要運(yùn)輸系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。