南溝煤業(yè)帶式輸送機(jī)煤量自動(dòng)匹配控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究

弓硯文

（山西寧武大運(yùn)華盛南溝煤業(yè)有限公司，山西 寧武 036700）

帶式輸送機(jī)是煤礦井下重要的輸送設(shè)備，其工作時(shí)的裝機(jī)功率約占到了煤礦總裝機(jī)功率的25%，運(yùn)行時(shí)的能耗占到了煤礦設(shè)備工作能耗的50%左右。南溝煤業(yè)主帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的最大運(yùn)量為4300t/h，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的帶速為4.2m/s。目前該主帶式輸送機(jī)主要用于接收連采1巷、連采2巷和綜采巷的各分輸送機(jī)系統(tǒng)，各巷的理論出煤量分別為180t/h、200t/h、1822t/h。整個(gè)輸送機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的帶速穩(wěn)定在3.6m/s，但由于各巷綜采速度的差異性，經(jīng)常導(dǎo)致輸送帶上的實(shí)際煤量遠(yuǎn)低于理論煤量，導(dǎo)致輸送機(jī)一直處于空載運(yùn)行狀態(tài)，不僅極大地消耗了輸送機(jī)的實(shí)際使用壽命，而且也使煤礦的耗電量居高不下，嚴(yán)重影響了煤炭生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此本文提出了一種基于煤量的自動(dòng)匹配控制系統(tǒng)，以期實(shí)現(xiàn)在確保運(yùn)輸效率和安全的情況下降低輸送機(jī)系統(tǒng)的耗電量，提升運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

1 煤量自動(dòng)匹配帶速的制定

由于帶式輸送機(jī)工作時(shí)的帶速和運(yùn)量成反比[1]，在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)輸送帶運(yùn)行帶速的調(diào)整需要以確保不出現(xiàn)溢煤為基礎(chǔ)。主輸送機(jī)輸送帶的運(yùn)量應(yīng)大于各分支輸送帶的連續(xù)出煤量。根據(jù)南溝煤業(yè)各綜采面的實(shí)際情況，理論上，當(dāng)其主輸送機(jī)以1.2m/s運(yùn)行時(shí)即可滿足兩個(gè)臨界綜采面的連續(xù)綜采的出煤量，但由于實(shí)際工作中當(dāng)輸送機(jī)系統(tǒng)的電機(jī)在低頻運(yùn)行時(shí)的發(fā)熱量大，為了保持一定的余量，該礦設(shè)置主輸送帶運(yùn)行時(shí)的最低帶速為2m/s。輸送機(jī)工作時(shí)綜采面上的最大出煤量為3110t/h，兩個(gè)臨近面上的最大出煤量約為370t/h，因此可設(shè)置主輸送機(jī)系統(tǒng)的最大運(yùn)行速度為3.6m/s，滿足最大出煤量情況下的安全運(yùn)輸需求。

2 煤量自動(dòng)匹配控制系統(tǒng)實(shí)施方案

南溝煤業(yè)井下主輸送機(jī)系統(tǒng)共設(shè)置了6臺(tái)1000kW的變頻驅(qū)動(dòng)控制器，其分別布置在輸送機(jī)的機(jī)頭和機(jī)尾的位置，配置量為3:1。由于該輸送機(jī)變頻器控制方案中變頻主機(jī)在機(jī)頭位置，其他變頻器[2]由主機(jī)統(tǒng)一控制，因此在進(jìn)行自動(dòng)匹配控制系統(tǒng)改造時(shí)，將調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)置到了輸送機(jī)頭部靠近變頻主機(jī)的位置。為了滿足控制系統(tǒng)根據(jù)井下各綜采設(shè)備的運(yùn)行情況對(duì)輸送機(jī)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，需要將井下綜采1巷、綜采2巷、連采巷的井下控制環(huán)網(wǎng)和運(yùn)行狀態(tài)采集系統(tǒng)的采集信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸?shù)皆摽刂葡到y(tǒng)中，使系統(tǒng)能夠及時(shí)準(zhǔn)確地判斷各分輸送帶在某一時(shí)刻輸送到主輸送機(jī)上的煤量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送機(jī)運(yùn)行速度的精確控制。南溝煤業(yè)帶式輸送機(jī)煤量自動(dòng)匹配控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 帶式輸送機(jī)煤量自動(dòng)匹配控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3 煤量自動(dòng)匹配控制系統(tǒng)安全措施

由于主輸送機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中一旦出現(xiàn)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)錯(cuò)誤，將導(dǎo)致整個(gè)區(qū)域內(nèi)的生產(chǎn)完全停止，給煤礦生產(chǎn)造成巨大的損失，因此在該煤量自動(dòng)匹配控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要將安全性和穩(wěn)定性放在最優(yōu)先的位置去考慮。經(jīng)過(guò)對(duì)控制中可能出現(xiàn)的問(wèn)題的分析，最終確定在控制系統(tǒng)中設(shè)置偵測(cè)調(diào)速系統(tǒng)斷電和掉線的功能[3]。

在運(yùn)行的過(guò)程中系統(tǒng)一旦發(fā)現(xiàn)調(diào)速控制出現(xiàn)偏差將自動(dòng)控制輸送機(jī)以滿速的方式進(jìn)行運(yùn)行，也就是自動(dòng)切斷煤量自動(dòng)匹配控制系統(tǒng)對(duì)該輸送機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)的控制，恢復(fù)到之前的非調(diào)速控制運(yùn)行狀態(tài)，從而確保生產(chǎn)的連續(xù)性。在該安全保護(hù)系統(tǒng)中，所獲取的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均具有穩(wěn)定偵測(cè)功能，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)不穩(wěn)則系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行提升，在進(jìn)行調(diào)速時(shí)采用了直接提速和緩慢降速的控制原則。當(dāng)出現(xiàn)煤量和輸送機(jī)功率增加時(shí)，系統(tǒng)直接控制迅速的提速，而當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到輸送機(jī)的功率和煤量下降到某個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)，則會(huì)進(jìn)行梯度降速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)安全可靠的調(diào)速。系統(tǒng)自動(dòng)還原保護(hù)原理如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)自動(dòng)還原保護(hù)

4 自動(dòng)匹配控制過(guò)程及應(yīng)用效果

南溝煤業(yè)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)在獲取到綜采面開始工作的信號(hào)后，首先控制將帶式輸送機(jī)速度提升到3.6m/s進(jìn)行運(yùn)行，當(dāng)綜采面的綜采作業(yè)停止，僅剩下連采面的作業(yè)時(shí)，系統(tǒng)將控制帶速使其降低到2m/s的速度進(jìn)行運(yùn)行。該控制過(guò)程主要是為了驗(yàn)證系統(tǒng)最低和最高帶速能否滿足井下綜采作業(yè)的需求。在正常的生產(chǎn)中，輸送機(jī)帶速的控制主要是通過(guò)輸送機(jī)的功率信號(hào)和皮帶秤對(duì)輸送帶上煤炭的承重來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)的[4]，在實(shí)際調(diào)控過(guò)程中只有二者有一個(gè)出現(xiàn)突然增加，系統(tǒng)就會(huì)直接將主輸送帶的帶速提高至3.6m/s，確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。南溝煤業(yè)的帶式輸送機(jī)煤量自動(dòng)匹配控制系統(tǒng)在工作時(shí)的調(diào)速控制邏輯如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制邏輯示意圖

通過(guò)對(duì)運(yùn)行以來(lái)該輸送機(jī)工作時(shí)的耗電量的匯總，在輸送相同量的煤炭的過(guò)程中，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的耗電量約為16253kW·h，采用新的煤量匹配控制系統(tǒng)時(shí)，其耗電量約為12383kW·h，節(jié)能效率達(dá)到了23.8%，極大地提升了南溝煤業(yè)運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性。

5 結(jié)論

為了解決南溝煤業(yè)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中長(zhǎng)期處于工頻工況、耗電量大的難題，本文提出了一種新的帶式輸送機(jī)煤量自動(dòng)匹配控制系統(tǒng)，對(duì)該控制系統(tǒng)速度設(shè)定依據(jù)、工作原理、應(yīng)用過(guò)程等進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：

（1）根據(jù)井下綜采作業(yè)狀況，設(shè)置主輸送帶運(yùn)行時(shí)的最低帶速為2m/s，設(shè)置主輸送機(jī)系統(tǒng)的最大運(yùn)行速度為3.6m/s，滿足不同工況下安全運(yùn)輸需求。

（2）該控制系統(tǒng)設(shè)置有偵測(cè)調(diào)速系統(tǒng)斷電和掉線的功能，能夠確保在不同工況下對(duì)輸送機(jī)運(yùn)行安全的全面保護(hù)。

（3）通過(guò)對(duì)運(yùn)行以來(lái)該輸送機(jī)工作時(shí)的耗電量的匯總，在輸送相同量的煤炭的過(guò)程中，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的耗電量約為16253kW·h，采用新的煤量匹配控制系統(tǒng)時(shí)，其耗電量約為12383kW·h，節(jié)能效率達(dá)到了23.8%，極大地提升了南溝煤業(yè)運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性。