煤礦帶式輸送機運輸系統順煤流啟動控制技術研究

曹曉源

（汾西礦業柳灣煤礦，山西 孝義 032303）

引言

帶式輸送機依靠滾筒、輸送帶間摩擦力輸送帶上煤流運動，從而實現井下綜采工作面煤炭外運，具有穩定性好、結構簡單以及適用性強等優點，通過多個帶式輸送機搭接即可實現復雜環境長距離運輸[1-2]。帶式輸送機由于功率大、使用時間長，是礦井運輸系統主要能耗設備，降低帶式輸送機能耗對提升礦井經濟效益具有一定的促進意義[3]。現階段帶式輸送機多采用逆煤流方式，此種啟動方式可保障煤炭運輸安全，但是也存在帶式輸送機空轉時間長、磨損量增加以及能耗高等問題[4-7]。為此，文中根據日常工作經驗提出一種順煤流啟動控制技術，在滿足煤炭運輸需要的前提下確保帶式輸送機可平穩運行，同時實現帶式輸送機運行速度依據運送載荷動態調整，實現帶式輸送機經濟、高效運行。

1 3509 綜采工作面工程概況

山西某礦現階段生產主要集中在南翼3 采區，開采5 號煤層，煤層厚度均值3.8 m，賦存穩定，采用綜采開采方式。5 號煤層3509 綜采工作面開采的原煤經采面刮板輸送機，運輸巷、采區、運輸暗斜井以及主斜帶式輸送機轉載運輸到地面進行煤炭洗選。煤炭采用搭接運輸方式，運輸長度共計5 980 m，總裝機功率2 650 kW，采用逆煤流啟動方式，即可主斜井帶式輸送機率先啟動、采面運輸巷帶式輸送機最后啟動，同時輸送機運輸速度保持3.6 m/min。帶式輸送機運行存在能耗高、運輸系統啟動時間長等問題。

2 帶式輸送機順煤流啟動技術原理

針對現有帶式輸送機逆煤流啟動存在的能耗高、資源浪費以及磨損程度增加等問題，文中提出采用順煤流啟動方式。該順煤流啟動控制方式見圖1所示，該控制方式綜合帶速監測、變頻控制以及運量檢測等功能。

圖1 順煤流啟動控制方式結構圖

從圖中1 中看出，該順煤流啟動控制核心組件以PLC 為核心，在PLC 內嵌運量-帶速匹配模型，可實帶速與運量間的智能調整，在滿足煤炭運輸需要的同時降低帶式輸送機運行能耗。運量檢測采用激光掃描法，通過對輸送帶上堆積的煤炭體積進行實時分析獲取輸送煤量；帶式輸送機帶速監測依靠布置在輸送帶下方的機械編碼器實現。PLC 通過對獲取到的運量以及帶速進行分析，從而輸出合理的運行速度。

在帶速輸送機多級搭接運輸時，首先需要確定上一級帶式輸送機運行速度并依據帶式輸送機長度確定物料運送距離，從而確定鄰近的下一級帶式輸送機最佳啟動時間、啟動速度，提升帶式輸送機運輸經濟性。

3 帶式輸送機順煤流軟啟動方式及控制方案

3.1 帶式輸送機順煤流軟啟動方式

帶式輸送機順煤流啟動時需要有較強的反應能力并在短時間內加速運行到額定設定速度。在初期啟動時加速度越快則對輸送機造成的振動沖擊越大，會給帶式輸送機運行可靠性以及使用壽命等造成影響。為了在滿足帶式輸送機安全運行的前提下提升啟動初期加速度，文中對帶式輸送機軟啟動方式進行比對優選，具體不同啟動方式特性曲線見圖2 所示。

圖2 不同啟動方式特性曲線

從圖2 中可知，帶式輸送機軟啟動采用等加速度啟動控制方式時，啟動初期會給帶式輸送機明顯的沖擊，同時啟動耗時長，無法滿足快速啟動需要；選用正弦啟動或者拋物線型啟動控制方式時，兩者的加速度變化率較大，但是啟動時間有較小差異，會給帶式輸送機初期啟動時較大的沖擊力，因而無法滿足平穩啟動需要；等三角形啟動控制方式具有啟動沖擊小、啟動速度快等優點，可滿足帶式輸送機快速、平穩啟動需要。

3.2 帶式輸送機順煤流啟動控制方案

文中提出采用順煤流啟動方式控制帶式輸送機運行，從而降低設備運行能耗以及磨損等。為避免帶式輸送機順煤流啟動時，上級輸送機將煤流運輸至下級輸送機而下級帶式輸送機仍未啟動的問題，需要合理確定帶式輸送機順煤流啟動時間。

帶式輸送機運輸系統簡化圖見圖3 所示，設定井下帶式輸送機運輸系統中1 號帶式輸送機平穩運行速度為V，輸送機按照等三角型啟動時啟動耗時為ts，1 號帶式輸送機運輸距離L1應大于Vts；下一級帶式輸送機（2 號帶式輸送機）延伸啟動時間t2可通過下述公式計算：t2=（L1+L2）/V-ts，其中L2表示下一級帶式輸送機（2 號帶式輸送機）運輸長度。依次類推，即可求得后一級帶式輸送機啟動時間。若后一級帶式輸送機未在設定時間內啟動，則前級帶式輸送機緊急停機，避免出現輸送機堆煤事故。

圖3 帶式輸送機運輸系統簡化圖

4 現場應用效果

礦井帶式輸送機運輸系統于2020 年10 月完成順煤流啟動改造，在后續過程中帶式輸送機可實現順煤流啟動運行，期間未出現堆煤、啟動故障等問題，同時運行速度可依據運輸煤量調整。現場應用后帶式輸送機能耗降低15%以上，預計年可節省電費投入約55 萬元。

5 結語

為提高礦井帶式輸送機運輸系統運行可靠性以及經濟性，提出將順煤流啟動控制技術應用到帶式輸送機運行控制中。控制系統以PLC 為核心，通過采用傳感器獲取輸送機煤流量以及運行速度，在實現順煤流啟動同時可依據運輸載荷動態調整運速，從而提升帶式輸送機運行效率。在順煤流啟動控制時，帶式輸送機軟啟動采用的等三角形啟動控制方式具有啟動沖擊小、啟動速度快等優點，可滿足帶式輸送機快速、平穩啟動需要。

現場應用后，礦井井下煤炭運輸系統可平穩運行，期間未出現輸送機堆煤、運輸故障等情況，預計年可降低運輸系統電費投入約55 萬元，取得較好的應用效果。