煤礦智能化煤流控制系統應用分析

孟小軍

（晉煤集團寺河煤礦二號井，山西 晉城 048019）

1 概 述

晉煤集團寺河煤礦二號井井下原煤運輸系統比較復雜，井下為3 個盤區（九七盤區、九四盤區和一五三盤區）分區開采。三個盤區原煤先后通過膠帶運輸大巷3 部皮帶、集中膠帶運輸巷皮帶、二號煤倉、主斜井膠帶運輸機運輸上井。

九七盤區運煤路線為97103 巷兩部皮帶連續運輸，再經過9#煤南膠帶大巷兩部皮帶，最后通過三號煤倉落到膠帶運輸大巷第二部皮帶機上。一五三盤區運煤路線為153103 巷兩部皮帶連續運輸，再經過15#煤南膠帶大巷兩部皮帶，最后落煤在膠帶運輸大巷第二部皮帶機上。九四盤區運煤路線為94103 巷兩部皮帶連續運輸，通過五號煤倉落煤在北二巷皮帶機上，北二巷皮帶搭接在膠帶運輸大巷第三部皮帶機上。

寺河煤礦二號井皮帶數量較多，且相對比較分散，并采用逆煤流啟動、順煤流停機，不論皮帶上煤量有無、多少，前方盤區皮帶和主運輸大巷皮帶都要全速運行，造成皮帶空轉時間較長，設備磨損和電能浪費，因而改造智能煤流系統非常必要。

2 智能化煤流控制系統結構及特點

2.1 系統結構組成

智能化煤流控制系統主要由料流傳感器、礦用本安型可編程控制器（簡稱煤流控制器）、礦用隔爆兼本安型電源箱、礦用本安型速度傳感器、工控機、調速控制軟件等組成，如圖1。

（1）料流傳感器主要用于檢測皮帶斷面的高度，通過超聲波傳感器和激光傳感器對皮帶的斷面進行測量，得出皮帶上煤的截面積。工作電源為DC18 V，測量范圍為0.5～3 m，誤差為±5%（F.S）。

（2）速度傳感器輸出電壓為15 V，速度檢測范圍為0～6 m/s，輸出頻率為200～1000 Hz，輸出電流為4～20 mA。速度傳感器根據皮帶截面積以及檢測的皮帶速度，計算出皮帶上的瞬時煤量。

（3）煤流調速控制器輸出電壓為DC12 V，采用16 路本安開關量/頻率量（復用）輸入信號，10路繼電器輸出/6 路三極管輸出信號。煤流調速控制器可根據皮帶上的煤流數據或地面調速計算機的調速指令控制皮帶變頻器的速度，并通過以太網讀取煤流量傳感器的數據，進行存儲，即可得出皮帶上的煤流分布。

（4）地面調速計算機與多臺煤流調速控制器進行通訊，顯示皮帶的故障，控制皮帶的啟停和速度。

圖1 智能化煤流系統結構示意圖

2.2 系統特點

（1）智能化煤流系統避免了傳統視頻識別方法的弊端，在煤塵大、皮帶上有煤水、光源照射的環境下能有效可靠檢測皮帶上的煤流量，維護量少。

（2）該系統獨有的算法和系統架構可以不依托上位計算機實現單條皮帶依據煤流量單獨自動調速，煤流調速就地控制器計算和調度計算機全局計算雙重計算和控制，實現超前響應、平穩調速，避免堆煤及膠帶機運行速度震蕩。

（3）當智能化煤流系統斷電故障出現，煤流分布數據丟失時，系統可自動轉入逆煤流啟動流程，從而保證了煤流系統正常運行。當傳感器在線診斷功能傳感器失效時，皮帶立即以最大速度運行，避免堆煤，以保證安全。

（4）根據煤流量通過膠帶運輸機智能煤流調速控制器實現皮帶變頻器的控制、速度調節，減少機械磨損，節省電能，實現順煤流啟動，順煤流停車，節省電能。

（5）地面智能煤流集控中心實時監測煤礦井下皮帶工作狀態及煤流分布等數據，顯示各輸送機沿線煤量分布和總負載數據以及系統故障情況，遠程操控皮帶機啟停和調速，并實現報表分析顯示。

3 智能煤流系統實施方案及應用效果分析

3.1 智能煤流系統實施方案

（1）在集中膠帶運輸巷、主運輸大巷第一部、第二部皮帶輸送機、9#煤南膠帶大巷輸送機、15#煤南膠帶大巷輸送機配置礦用本安型可編程控制器（膠帶運輸機智能煤流調速控制器），用于皮帶變頻器的控制和數據上傳與遠控。

（2）在9#煤南膠帶大巷一部皮帶機尾、9#煤南膠帶大巷二部皮帶機尾、15#煤南膠帶大巷一部皮帶機尾、15#煤南膠帶大巷二部皮帶機尾、主運輸巷一部皮帶機尾、主運輸巷二部皮帶和15#煤南膠帶大巷一部皮帶搭接處、主運輸巷三部皮帶機尾均安裝1 臺料流傳感器和1 臺速度（位移）傳感器。料流傳感器采用激光及超聲波探頭融合方式進行測量，實時采集皮帶上的煤流分布。

3.2 實際應用效果分析

2019 年7 月寺河煤礦二號井煤流系統進行優化改進，截至2020 年6 月，通過12 個月實際應用效果來看取得了顯著應用成效。

（1）降低了空載率。優化后煤流系統中輸送機電機功率為160 kW，帶速3.15 m/s，實現主煤流運輸系統“按需起?！笨刂?，大大減少系統空載運行率，可以降低空載運行率50%。

（2）降低了設備維修成本費用。該系統投入使用后有效降低主煤流運輸系統的輕載運行率，大大降低設備磨損，延長設備使用壽命，約延長20%。本項目未實施的2018 年，全年相關皮帶更換上托輥1264 組、下托輥873 組，本項目實施后2019 年7 月—2020 年6 月，更換上托輥984 組、下托輥752 組，減少成本15.3 萬元。

（3）提高了節能效果。該系統投入使用后有效降低主煤流運輸系統的輕載運行率，大大減少由此產生的無功效能耗，針對不同皮帶機，可以實現約5%以上的節能效果。本項目未實施的2018 年，全年相關皮帶耗電能約630 萬kW·h，本項目實施后2019 年7 月—2020 年6 月，皮帶耗電能約593萬kW·h，減少成本約19.2 萬元，實現節能5.8%。

4 結束語

智能煤流系統采用超聲和激光融合的料流檢測方式，實現有煤塵和水的環境下準確、快速地進行帶式輸送機上煤流量的檢測，通過系統控制軟件安全冗余預測算法，實現皮帶全系統根據煤流自動調速。使用煤流自動調速系統將大幅降低皮帶更換托輥和維修皮帶的工作量， 降低了皮帶機過載停車的風險，提高了設備的可靠性和安全性，減輕了工人的工作量和勞動強度，有效地保證工人的身體狀況，提高了生產效率。