回坡底煤礦帶式輸送機節能運行系統應用研究

宋沛東

（山西焦煤霍州煤電集團安監局，山西 霍州 031400）

回坡底煤礦主井運輸機在改造前采用恒速大扭矩運行方式，在工作面采煤量不斷變化情況下，輸送機長時間處于低負荷或者空載運行，使其運行成本增加，使用壽命降低，增加了煤礦運輸成本。傳統帶式輸送機的工作效率已經不適合當前煤礦機械化高效開采的要求，因此對帶式輸送機進行改進設計尤為重要。

1 回坡底煤礦主井運輸系統組成

回坡底煤礦31302工作面煤礦開采過程：工作面—刮板機—破碎機—轉載機—運輸大巷皮帶—井底煤倉—主井運輸皮帶—地面，其中從井底煤倉至地面環節為優化環節。

回坡底煤礦帶式輸送機的組成主要包括皮帶、拉緊裝置和托輥，其結構如圖1所示。物流運輸部分依靠撓性皮帶，輸送皮帶環繞在兩個滾筒之間，其中一個為驅動滾筒，中間部分利用多支托輥進行承載，皮帶上方放置煤炭，驅動滾筒通過摩擦力帶動皮帶及其煤炭運行，完成輸送過程。

圖1 回坡底煤礦帶式輸送機結構圖

回坡底煤礦主運輸皮帶機型號為DTL-120/100/3×400，電壓等級1140V，電機功率400kW×3，帶寬1200mm，帶速3.15m/s, 運輸能力為1000t/h，長度2200m，最大坡度6°。

為實現回坡底煤礦主運輸機自動節能運行，在原有帶式運輸機上煤側前段增加電子皮帶秤，實時監測主帶式輸送機運煤量，并將實時煤量數據傳輸至帶式輸送機自動節能運行控制系統，通過對數據處理分析，確定并實時調節運輸機的運行速度，達到節能降耗的目的。

2 帶式輸送機自動節能運行控制設計

2.1 模糊控制輸入量確定

帶式輸送機的自動節能運行控制系統是針對不同工作載荷實現不同的帶式輸送機的速度控制，完成諸如起動、減速、高效節能等運行模式。多種速度控制的原理類似，高效節能運行模式下，帶式輸送機的運行速度v要能夠根據煤炭的實際運輸量q進行調節，實際運輸量q作為控制主要參量，可采用模糊控制法進行運算，將煤炭實際運輸量q以及運行速度差值vc作為模糊計算輸入參數，帶式輸送機運行速度代表百分數p作為輸出參數，以此建立一個二維輸入一維輸出的帶式輸送機節能運行模糊控制器。上述的q和vc通過模糊調整后變為Q、VC，其中Q論域為[0，1，2，3，4，5，6]，VC論域為[0，1，2，3，4，5，6]，輸出p基本論域[0，2m]，量化論域p=[0，1，2，3，4，5，6]。

2.2 輸入輸出變量的模糊子集及其隸屬度函數確定

通過該模糊控制計算法得到輸入和輸出參數，輸入參數和輸出參數形成模糊子集為：[NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB]，其中NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB分別表示負大，負中，負小，零，正小，正中，正大。

本系統對精確參數利用隸屬函數來實現模糊處理，針對煤礦帶式輸送機的模糊控制原理，輸入參量與輸出參量的隸屬關系可通過圖2三角形函數進行表示。

圖2 輸入參量和輸出參量隸屬函數

如圖2所示的隸屬函數，分別得到V、Vc和p的隸屬函數，其具體關系如表1、表2所示。

表1 V、Vc隸屬函數表

表2 p隸屬函數表

2.3 模糊規則制定及模糊關系求解

結合煤礦井下工人控制經驗及井下技術部門的專業數據，得出了帶式輸送機速度百分數p的控制原則，模糊控制數據如表3所示。

表3 輸出參數 p模糊控制

本系統采用Mamdani條件語言準則，模糊推理使用if...then...模型，由表3可以看出輸入和輸出參數可得出49種關系，對于這些關系采取并計算，得出輸入參數q、vc和輸出參數p的模糊關系R。

其p的模糊推理公式為：

通過平均最大隸屬度的方法判決可使結果更加精準，通過判決后的輸出參數p的模糊控制查詢表如圖4所示。

主井帶式輸送機運行時，根據內部控制模塊的計算，對輸入參數q和Vc進行記錄，模糊處理輸入參數，并參考模糊控制表得出輸出參數p的數值。

表4 輸出參數p模糊控制查詢表

3 節能效果分析

將該系統應用于回坡底煤礦主井帶式輸送機上，得到進行節能優化前后的帶式輸送機速度和帶式輸送機運量的對比結果如圖4所示。

圖3 主井帶式輸送機優化前后對比圖

優化設計前和優化設計后的24h用電量對比：優化前，峰時電量640kW·h，平時電量1920kW·h，谷時電量1280kW·h；優化后，峰時電量0，平時電量908kW·h，谷時電量678kW·h。

優化設計前和優化設計后的24h用電電費對比：優化前，峰時電費768元，平時電費1920元，谷時電費640元；優化后，峰時電費0元，平時電費908元，谷時電費339元。

通過對回坡底煤礦主井帶式輸送機節能系統設計前后的用電量和對應用電成本進行對比，用電量減少58.7%，用電成本降低62.5%。可以發現優化后的運輸機節能系統用電量和費用都明顯降低，提高了運輸效率。

4 結論

根據回坡底煤礦主井帶式輸送機實際節能數據分析，利用模糊控制理論實現的皮帶速度調節模型可以根據煤炭運量的大小對帶式輸送機速度進行調整。通過優化使運輸機實現了變頻節能控制，能源消耗明顯降低，開采設備得到了高效利用，控制優化更加柔性。該帶式輸送機節能控制系統值得向其他煤礦推廣應用。