煤礦井下主運(yùn)輸系統(tǒng)智能控制研究

劉海波

（汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司雙柳煤礦，山西 柳林 033300）

引言

帶式輸送機(jī)是擔(dān)負(fù)煤礦井下運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備，由于井下運(yùn)輸距離長、運(yùn)輸路線復(fù)雜，原煤運(yùn)輸多通過帶式輸送機(jī)搭接實(shí)現(xiàn)[1-2]。隨著礦井綜合自動(dòng)化程度提升，對帶式輸送機(jī)集成化、自動(dòng)化以及智能化控制等方面提出更高要求[3]。因此，根據(jù)井下帶式輸送機(jī)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了技術(shù)更為先進(jìn)、性能更為完善的運(yùn)行控制系統(tǒng)，對提升帶式輸送機(jī)自動(dòng)化運(yùn)行水平以及運(yùn)輸效率等方面均有一定促進(jìn)作用[4-7]。山西某礦主運(yùn)輸系統(tǒng)帶式輸送機(jī)運(yùn)行采用人工就地控制方式，即每臺(tái)帶式輸送機(jī)均安排1 人專門值守控制帶式輸送機(jī)運(yùn)行，現(xiàn)階段帶式輸送機(jī)控制方式存在自動(dòng)化程度低、未能實(shí)現(xiàn)順煤流啟動(dòng)以及逆煤流閉鎖、帶式輸送機(jī)與采煤機(jī)間缺乏協(xié)調(diào)性、人工巡檢效率低等問題，給井下原煤高效運(yùn)輸帶來一定影響，需要針對現(xiàn)場實(shí)際情況對帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。

1 某礦主運(yùn)輸系統(tǒng)概況

山西某礦設(shè)計(jì)產(chǎn)能380 萬t/年，開采范圍內(nèi)煤層賦存穩(wěn)定、地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育，現(xiàn)階段煤礦井下主運(yùn)輸系統(tǒng)有11 臺(tái)帶式輸送機(jī)，總運(yùn)輸長度達(dá)到42.7 km，將井下采掘作業(yè)面生產(chǎn)的原煤持續(xù)運(yùn)輸?shù)降孛婷簜}內(nèi)。由于帶式輸送機(jī)間無煤倉，后級(jí)帶式輸送機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)前級(jí)必須及時(shí)停止；為滿足運(yùn)輸需要，需采用逆煤流啟動(dòng)方式?，F(xiàn)帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行中存在生產(chǎn)效率不高、能耗大等問題。礦井主運(yùn)輸系統(tǒng)自動(dòng)化控制程度較低，使用運(yùn)輸人員較多同時(shí)礦井現(xiàn)布置的集中監(jiān)控系統(tǒng)覆蓋范圍不全，無法及時(shí)掌握井下設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及故障發(fā)生情況。因此，文中針對現(xiàn)場運(yùn)輸情況，設(shè)計(jì)帶式輸送機(jī)智能集中控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)以PLC、井下工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)集中控制，以便提升礦井運(yùn)輸系統(tǒng)生產(chǎn)效率。

2 智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

具體構(gòu)建的智能控制系統(tǒng)組成包括有控制臺(tái)（布置在地面）、料流檢測傳感器、智能煤流防爆控制箱、帶式輸送機(jī)原有PLC 控制器、井下工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)以及交換機(jī)等，具體搭設(shè)架構(gòu)如圖1 所示[8-9]。

圖1 智能控制系統(tǒng)架構(gòu)

智能煤流防爆控制箱與帶式輸送機(jī)原PLC 間用以太網(wǎng)通信。采面生產(chǎn)的煤炭經(jīng)過采面順槽、主運(yùn)輸巷、主井以及上倉帶式輸送機(jī)等運(yùn)輸至地面煤倉。由于需要掌握運(yùn)輸系統(tǒng)內(nèi)帶式輸送機(jī)運(yùn)行情況，因此需要在每臺(tái)帶式輸送機(jī)機(jī)頭處均布置1 臺(tái)智能煤流防爆控制箱，用以獲取帶式輸送機(jī)運(yùn)行參數(shù)并接收地面控制臺(tái)發(fā)出的控制指令。在地面調(diào)度中心布置控制臺(tái)，通過井下以太網(wǎng)獲取帶式輸送機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析并發(fā)出控制指令?？刂婆_(tái)為S7-300 系列PLC，井下井下分站型號(hào)為ET-200M，通過WINCC 實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，具體智能控制系統(tǒng)各設(shè)備配備情況如下頁圖2 所示。

圖2 智能控制系統(tǒng)各設(shè)備配備示意圖

1）控制臺(tái)?？刂婆_(tái)是智能控制系統(tǒng)核心單元，組成設(shè)備包括有工控機(jī)、S7-300 PLC、監(jiān)控軟件（WINCC），通過控制臺(tái)可對帶式輸送機(jī)機(jī)頭位置布置的PLC 及智能煤流防爆控制箱數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及顯示，并可實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)智能調(diào)速、順煤流啟動(dòng)等功能。

2）智能煤流防爆控制箱。該設(shè)備對料流檢測設(shè)備及PLC 參數(shù)進(jìn)行采集，并通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸給監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)井下參數(shù)采集。

3）PLC。為降低成本并滿足智能控制要求，需對帶式輸送機(jī)機(jī)頭位置原有的PLC 進(jìn)行功能擴(kuò)展。增加PLC 網(wǎng)絡(luò)接口，實(shí)現(xiàn)PLC 與智能煤流防爆控制箱間信息交互。

4）料流檢測裝置。在沿線各部帶式輸送機(jī)上均布置料流檢測裝置，實(shí)現(xiàn)煤流量檢測，并為智能控制系統(tǒng)智能調(diào)速、順煤流啟動(dòng)等功能實(shí)現(xiàn)提供依據(jù)。

5）速度傳感器。速度傳感器用以檢測輸送機(jī)帶速，檢測范圍內(nèi)0～6 m/s，將速度傳感器檢測結(jié)果傳輸給智能煤流控制箱中，并與料流檢測裝置檢測結(jié)果同時(shí)傳輸給地面控制臺(tái)，以便可實(shí)時(shí)掌握帶式輸送機(jī)上煤流分布位置信息。

3 智能控制方式

針對煤礦井下主運(yùn)輸系統(tǒng)存在自動(dòng)化程度低、作業(yè)人員多等問題，通過采用智能控制系統(tǒng)將井下各部帶式輸送機(jī)獨(dú)立的控制系統(tǒng)連接起來，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中智能控制。在機(jī)頭處增設(shè)一臺(tái)智能煤流防爆控制箱、一個(gè)料流檢測裝置以及一個(gè)速度傳感器，用以對運(yùn)行狀態(tài)、煤流等監(jiān)測，并控制啟動(dòng)、運(yùn)行速度等；智能煤流防爆控制箱與機(jī)頭處PLC 連接，可獲取沿線布置的各類安全檢測傳感器參數(shù)，顯示帶式輸送機(jī)運(yùn)行故障情況，便于后續(xù)故障排除以及維修工作開展。

1）啟動(dòng)控制方式。智能控制系統(tǒng)依據(jù)料流檢測裝置獲取到的煤流量進(jìn)行順煤流啟動(dòng)。生產(chǎn)過程先啟動(dòng)順槽帶式輸送機(jī)，待煤流進(jìn)入到采區(qū)帶式輸送機(jī)前30 s 即啟動(dòng)采區(qū)帶式輸送機(jī)，以及多部帶式輸送機(jī)均按照此方式順煤流啟動(dòng)，不僅可滿足原煤運(yùn)輸需要而且減少設(shè)備啟動(dòng)能耗、空轉(zhuǎn)磨損等。

2）停車控制方式。智能控制系統(tǒng)停車方式為順煤流同時(shí)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停車，當(dāng)檢測到當(dāng)前帶式輸送機(jī)上及前一級(jí)帶式輸送機(jī)上均無煤流時(shí)，則當(dāng)前帶式輸送機(jī)會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)行。

3）智能調(diào)速。依據(jù)速度傳感器、煤流檢測裝置檢測參數(shù)，對帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)煤流量較大時(shí)則帶式輸送機(jī)按照額定速度運(yùn)行；當(dāng)煤流量較小時(shí)則按照75%額定速度運(yùn)行，以便降低帶式輸送機(jī)運(yùn)行過程中能耗以及磨損。

4 結(jié)語

文中依據(jù)山西某礦現(xiàn)場情況，構(gòu)建一套帶式輸送機(jī)運(yùn)行智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)一鍵啟停、順煤流啟動(dòng)以及智能調(diào)速控制等功能，可在一定程度上提升煤礦井下主運(yùn)輸系統(tǒng)自動(dòng)化程度、減少井下運(yùn)輸人員數(shù)量。順煤流啟動(dòng)后可明顯降低帶式輸送機(jī)啟動(dòng)過程中空轉(zhuǎn)時(shí)間及設(shè)備磨損；智能調(diào)速可依據(jù)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸煤流變化情況調(diào)整運(yùn)行速度，降低運(yùn)行過程中能耗。

操作臺(tái)可掌握井下各帶式輸送機(jī)運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。在生產(chǎn)過程中井下主運(yùn)輸系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無人值守。智能控制系統(tǒng)應(yīng)用，可提升煤礦井下主運(yùn)輸系統(tǒng)智能化控制程度以及帶式輸送機(jī)生產(chǎn)效率。