礦井帶式輸送機智能化及少人化改造實踐

史慧文

（1.煤炭科學技術研究院有限公司，北京 100013；2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室，北京 100013；3.北京市煤礦安全工程技術研究中心，北京 100013）

引言

帶式輸送機是煤礦井下運輸煤炭的主要設備之一，具備運輸連續(xù)、運量大、適應性強、能耗相對較低等優(yōu)勢，但當前大部分礦井還未對帶式輸送機進行集中控制，即每部帶式輸送機都是進行單獨控制。在正常生產期間，每部帶式輸送機都要配備1 名專職司機和1 名兼職機電維修工，有的礦井還可能再配備1 名專職或兼職機尾看護員，負責機尾滾筒的看護和衛(wèi)生清理工作，由此增加了井下作業(yè)人員數量，不符合行業(yè)發(fā)展所提倡的智能化及減人化作業(yè)要求，對降低生產成本、提高安全效益不利。因此，有必要將先進的智能化及自動化技術應用于傳統(tǒng)的礦井設備改造，從而實現諸如帶式輸送機等設備的自動啟停及無人值守，達到減人提效的目的[1-4]。

1 設備改造背景

某礦井巷布置較復雜，煤炭運輸環(huán)節(jié)較多，僅采區(qū)運輸巷、主運輸巷道及主斜井內安裝的帶式輸送機就多達13 部，改造前每部輸送機都是單獨控制，占用較多人力，且存在以下幾個問題。

1.1 設備開啟過程

如果采掘工作面有煤炭外運的需求，需要工作面人員向運輸順槽帶式輸送機的司機發(fā)出開機信號，運輸順槽輸送機的司機再向采區(qū)運輸巷的司機發(fā)出開機信號，從而使帶式輸送機由外向內依次開啟。如果某部輸送機的信號系統(tǒng)出現故障或某部輸送機的司機不在操作位置，就無法使輸送機順利開啟，從而影響生產進度。

1.2 設備停機過程

設備停機與開啟過程類似，也是工作面人員最先發(fā)出停機信號，然后信號依次向外傳遞，最后帶式輸送機由內向外依次停機。如果工作面出煤結束，但信號系統(tǒng)出現故障或某部輸送機司機未及時停機，就可能造成設備無功空轉，甚至引發(fā)安全事故。

1.3 輸送機六大保護系統(tǒng)狀況

現有的帶式輸送機按照相關規(guī)章制度要求，按標準安裝了煙霧、跑偏、溫度等六大保護系統(tǒng)，但每部輸送機的保護系統(tǒng)單獨作用，且未接入集中控制系統(tǒng)，一旦發(fā)生故障時無法進行應急故障處置，可能導致故障加劇，引發(fā)更大的安全隱患，亟需技術改造。

2 智能化控制系統(tǒng)結構設計及功能設計

設計的控制系統(tǒng)為4 層架構設計，分別為監(jiān)控信息層、網絡傳輸層、控制層和傳感執(zhí)行層，其中位于地面的只有監(jiān)控信息層，其他3 層結構設計均位于井下[5-7]，如圖1 所示。

圖1 帶式輸送機智能控制系統(tǒng)結構

2.1 監(jiān)控信息層

監(jiān)控信息層是整個系統(tǒng)位于井上的“大腦”，主體部分為主操作站。通過地面操作站可集中控制井下帶式輸送機的運行情況，同時可以實施在線監(jiān)測，對所有接入系統(tǒng)的設備均可執(zhí)行一鍵啟停。

2.2 網絡傳輸層

網絡傳輸層不獨立存在，它是其他架構層和各系統(tǒng)部件的聯通媒介，其工作實現是基于分布在井上、下的工業(yè)環(huán)網，主要部件是各類交換機及通信線路，可及時傳輸帶式輸送機的運行信息及數據。

2.3 控制層

控制層是整個系統(tǒng)位于井下的“大腦”，主要包括上位機、PLC 控制器、各類保護傳感器等部件，控制層在井上主操作站的指令下，控制接入系統(tǒng)的帶式輸送機，同時控制層還具備直接操控功能。

2.4 傳感執(zhí)行層

傳感執(zhí)行層位于整個系統(tǒng)的最前沿，負責執(zhí)行控制層發(fā)出的啟停等指令信息，還負責及時上傳采集到的設備運行信息。在原有六大保護系統(tǒng)的基礎上，經過改造及新增，設計閉鎖、跑偏、速度、煙霧、縱撕、溫度、堆煤、灑水八大保護系統(tǒng)，從而對帶式輸送機運行期間的各種狀態(tài)信息數據進行實時監(jiān)測和采集。

2.5 系統(tǒng)功能設計

系統(tǒng)可實現對帶式輸送機的遠程控制、就地自動控制和手動控制功能，監(jiān)測顯示與檢測保護功能，還具備較好的人機交互功能，具備數據存儲及分析、故障識別及診斷、故障應急處置等功能。

3 系統(tǒng)應用情況

經過前期準備工作，礦井對主斜井及主運輸巷道內的帶式輸送機進行智能化改造，按照設計方案對控制系統(tǒng)進行布設，主要由監(jiān)控主機、備用主機、人機交互軟件、通信系統(tǒng)、服務器、各類保護傳感器、語音喊話系統(tǒng)、高清監(jiān)控攝像頭等組成。經過90 d的試運轉，整體工作情況良好，可實現以下效益目標。

3.1 設備可靠性及運行安全系數提高

經過智能化改造，加大了對井下設備運行狀態(tài)的監(jiān)管力度，提高了礦井整體安全生產管理水平。僅在試運行期間，系統(tǒng)就及時處置了22 起帶式輸送機撕裂、堆煤及跑偏事故等，故障預警及應急處置靈敏，也為人工故障處置提供了有效指導。

3.2 無人值守目標達成

井上、下控制中心均設“無人值守”操作按鈕，“無人值守”模式下可根據設置的啟停順序對設備進行控制，還可根據負荷情況變頻調整設備運行參數，降低功耗，在無煤時自動停機。僅兩部主帶式輸送機，所需人工由原來的12 人/d 降至現在的3 人/d，人工成本大大降低。

3.3 其他效益

整個控制系統(tǒng)安裝完成后，能夠對設備運行的數據參數進行存儲，并通過SCADA 軟件對數據圖表及視頻進行監(jiān)控，操作過程靈活且簡便，設備運行可靠性提高，井下作業(yè)環(huán)境也得到改善。

4 結語

某礦對帶式輸送機控制系統(tǒng)進行智能化改造，實現了礦井減人化作業(yè)、提高經濟效益及安全效益等預期目標，并計劃對采區(qū)主運輸巷道帶式輸送機進行改造，為其他類似條件的礦井提供成功的實踐案例。