自動化控制在煤礦井下皮帶運輸系統中的應用

＊許良雨

（山西焦煤汾西礦業集團香源煤業有限公司 山西 030500）

煤礦生產大部分都是在井下進行，施工環境較為惡劣，為了保障井下施工的順利開展，提高井下施工生產效率和安全，應當不斷地完善煤礦井下皮帶運輸系統。這種運輸方式操作便捷，能夠進行連續性運輸，而且覆蓋面積較為廣泛。但在實際應用過程中，皮帶運輸系統在長時間的高負荷運作下，容易出現故障，給煤礦生產帶來了一定的安全隱患。基于此，應當充分發揮現代科學技術的作用，將自動化控制技術應用于煤礦井下皮帶運輸系統中，以提高皮帶運輸系統的運行安全，保障運輸效率。

1.皮帶自動化控制系統的組成和特點

皮帶自動化控制系統的組成包含了兩個方面：一個是保護裝置。主要起到的是一些基礎性作用，防止煤炭運輸過程中跑偏，或是出現打滑、堆煤現象。現如今，還需要進一步提升保護裝置在安全方面的作用，其運行靈敏性還有待于進一步提升。基于此，應當不斷地提升保護裝置的技術水平，對其實施有效的保護；另一個是帶式輸送機。這部分是皮帶運輸系統中的重要組成部分，其技術水平將直接影響煤礦井下生產效率，需予以重視。當前已經研發了多種不同類型的制動裝置、軟啟動，其運行較為穩定，而且動力消耗方面也比較低，有著多種驅動方式，可以根據實際情況來加以選擇[1]。

皮帶自動化控制系統的特點：一是該系統的運作成本不高。采用的是遠程分布模式，無需過多的機組布線，而且還不會降低生產效率，在一定程度上降低了系統的運行成本。另外，皮帶自動化控制系統還具有故障識別能力，能夠通過自查自檢的方式，來及時發現系統中的故障，并加以及時解決，降低了后期維修成本；二是采用了全分布式系統結構。既可以實現井下生產的有效控制，又能夠為地面作業提供便利。主機和分機之間具有一定的聯系，但不會相互影響，若某一個電機出現事故，其他機組仍然能夠保持正常運行狀態；三是自動化控制水平較高。在系統運行過程中，操作人員可以對其進行遠程監控，及時接收和處理信息，把控各設備的運行狀態。而且在實際生產過程中，還可以將監控系統有效結合皮帶運輸系統，通過圖像、視頻來監控各個生產流程，以保障生產的安全性，實現信息數據共享[2]。

2.煤礦井下運輸系統中自動化控制的功能

（1）單部皮帶運輸系統的控制功能。煤礦井下如若是單部皮帶運輸系統運行，那么皮帶輸送機的整個線路都應當配備語音呼叫和預警功能。可在皮帶運輸系統的機頭、機尾分別裝設語音對講音響，音響之間的安裝距離為200m。其目的在于當皮帶運輸系統出現故障的時候，可以及時通知相關人員，由附近工作人員進行修復和處理，避免發生安全事故。與此同時，還應當實時查看皮帶輸送機的實際情況，可將視頻監控裝置安裝于落煤點，以便于掌握皮帶運輸系統的實際運行狀況[3]。還應當將超穩灑水系統安裝于皮帶輸送機中，并且還要設置相應的保護裝置，如煙霧保護裝置、溫度保護裝置等，以提高煤炭運輸的安全性。在自動化控制系統下，皮帶輸送機可以自動設定啟動順序，或是自動停止運行。如若是處于輸送機維修狀態，那么也可以控制單臺的啟動和停止。每一個點位的動作，都可以在顯示屏中呈現，能夠實現局部集控。每一臺皮帶輸送機都應當裝設就地選擇控制開關，要具備一鍵啟停功能。

（2）所有皮帶運輸系統控制功能。在自動化控制技術的支持下，皮帶運輸系統可以按照已經設定好的程序來進行啟動和停止，在維修狀態下可把控一臺輸送機的啟動和停止。運輸系統的控制臺應當具備記憶顯示功能，而且要能夠進行自動診斷，需顯示設備運行狀態、性能，明確故障發生的位置。與此同時，還要裝設語音通信系統、急停閉鎖系統、故障警報系統，以便于及時處理運輸系統中的故障，防止安全事故的發生。每相隔100m，就應當設置急停閉鎖裝置，并且其需要帶有拉線功能，每相隔200m則要設置擴音電話，并且要帶有拉線急停功能[4]。另外，自動化控制的皮帶運輸系統，還應當與井上的計算機進行聯網，以便于通過圖文來掌握井下生產的實際情況，把控好皮帶運輸系統的運行狀態，及時發現其運行中存在的故障。皮帶運輸系統應當配備標準接口，以便于和其他互聯網相連接，實現網絡擴展，可采用適宜的快速插接件，其安全防護等級要達到標準要求，不可錯誤連接，否則會影響系統中的各項設備。還應當設置開機密碼，共享礦井廣播系統。

（3）保護功能。煤礦井下皮帶運輸系統實施自動化控制，具有不錯的保護功能，主要體現在以下幾個方面：一是電流保護。在運輸系統運行過程中，如若機組的電流出現過高的情況，那么便很容易損傷機組，影響整個系統的正常運行。自動化控制技術的應用，可于皮帶運輸系統中安裝電流變送器，以便于實時監控機組的電流狀況，獲取相應的電流信息，當其出現異常高溫的時候，則要停止機組的運行，對其進行處理，能夠有效防止機組受損[5]；二是故障保護。指的是在皮帶運輸系統運行過程中，自動化控制技術的引入，可以降低系統故障發生率，可于運輸系統中增設保護開關，通過信息識別技術來進行信息監控，及時發現可能存在的故障，并找到故障位置，加以處理，確保運輸系統的安全運行；三是溫度保護。指的是在皮帶運輸系統長時間運行過程中，會產生大量的熱量，致使電機溫度升高，這會影響機組的功能，因此可在自動化控制系統中設置熱電阻，以便于掌握其運行中的溫度信息，有效監控電機的實時溫度，如若溫度過高，則需要停機處理。

3.自動化控制在煤礦井下皮帶運輸系統中的主要應用方面

（1）有效控制運輸流程。自動化控制技術能夠通過在皮帶運輸系統中增設傳感器、保護開關，來有效處理皮帶運輸系統的運行異常。一旦監測到其運行數據異常，便可以利用故障識別技術，來確定故障位置，查明引發故障的原因，并及時作出相應的保護開關動作，避免造成嚴重的后果。皮帶運輸系統中的傳感器，能夠及時而詳細反饋相關數據，控制器在接收到這些數據之后，會對其進行分析和處理，然后根據分析結果來下達相應的指令，停止各設備的運行，與此同時還會將信息再次回傳至控制系統中。在處理完皮帶運輸系統故障之后，控制器便可以重新發出命令，啟動運輸系統，使設備恢復到正常運行狀態，繼續進行生產作業。這有利于提高生產安全水平，保障相關人員的生命安全[6]。另外，當煤礦井下皮帶運輸系統處于正常運行狀態時，也可以開啟手動操作模式，只需要利用已經預設好的程序，便能夠有效把控系統的運行，對其進行有效的控制。

（2）實施遠程操控。在煤礦井下皮帶運輸系統中應用自動化控制技術，有利于實現遠程操控。但實現遠程操作的前提在于做好相應的準備工作。相關人員必須加強對運輸系統中各設備、機組進行詳細的檢查，確保其處于正常的運行狀態下，如若沒有發現問題便可以運行。完成檢查之后，系統控制人員之間還應當保持良好的交流與溝通，需相互傳遞信息。自動化控制下的皮帶運輸系統有以下幾種運行模式：第一種是分運行模式。指的是系統主站在運行過程中沒有進行統一化運作，主站并不會控制分站，每一個分站的運行都具有獨立性，而且較為固定；第二種是全運行模式。指的是在運輸系統中，無論是主站，還是分站，其采用的是共同啟動的方式，屬于統一運作；第三種是應急運行模式。這一模式主要應用于一些緊急情況下，比如說突發故障，需要急停等。在這個過程中應當遵循皮帶運輸系統啟動停止的原則，即如若啟動了逆煤流，那么則要停止順煤流。可利用主機來控制其他的分站機，實施自動化操控，這有利于提高皮帶運輸系統的運轉效率[7]。

（3）加強維修操作控制。在實施煤礦井下生產作業的時候，需要布設相應的生產設備，為了確保這些設備的正常運行，要對其進行有效的養護工作，應當根據設備的特點以及實際情況，來設定日常維護計劃，以保障設備運行的穩定性，為煤礦生產工作奠定扎實基礎。在自動化控制技術的應用下，為實現維護目標，應當從兩方面來進行有效的維護，一方面是對設備進行維護，另一方面則是對系統網絡維護。既可以實施開車檢修，也可以實施停車檢修，根據皮帶運輸系統的運作狀態來實施相應的維修方式，旨在強化維修結果，解決系統運行中存在的故障。與此同時，還能夠采用人工監測的方式，來完成維修工作，但之后需要基于皮帶運輸系統的實際情況和需求，來進行相應的調整，以有效排除其中存在的安全隱患，確保系統的正常運行[8]。

（4）自動化控制煤礦皮帶運輸系統的實際應用。以某煤礦井下生產為例，其在實際生產過程中采用了三條皮帶運輸系統，其中一條為主要皮帶運輸系統，長度約為750m，另外配備了兩條皮帶運輸系統，長度在500m左右，總運輸距離在1700m左右。皮帶的寬度約為1200mm，電機功率和供電電壓都按照規定要求來設定。為了使該煤礦井下運輸系統正常運行，改變傳統的運輸模式，充分發揮現代科學技術，則需要對原有的皮帶運輸系統進行改造，提升其自動化水平。可創建完善的數據平臺，接入千兆冗余工業以太環網，并且要保證該網絡的穩定性，基于此來對整個系統進行實時監測，開展集中管控工作。要監測每一個分站，單獨控制各個皮帶運輸系統，可采用可切換控制模式，與其他系統進行有效配合，如音頻系統、通信系統、視頻系統等，以便于整合資源，提高資源利用率，實現皮帶運輸系統的自動化集成發展，獲得更多的經濟效益。在皮帶運輸系統中融入自動化控制技術，有利于提高煤礦生產效率，降低生產過程中的能源消耗，可保證煤礦生產的安全性，減少生產成本[9]。

在該工程應用過程中，所使用的煤礦皮帶輸送機自動化控制系統如圖1。其主機的寬帶電壓輸入AC在90～250V之間，內部設置了VoIP語音通信模塊，而且配備了視頻圖像處理軟件、攝像頭，而且各個軟件系統設備的運行情況，都會在同一個界面中展示，方便人們實時掌控整個生產運行狀況，把控生產設備的實際情況。可根據實際要求，配備三條皮帶運輸系統運行的串行總線，每一條總線可以給DC供電15V，單線通信距離可達到4000m左右。在選擇控制器的時候，要把控好其尺寸，確定適宜性好的液晶顯示屏，以便于用圖文展示的方式來把控設備的運行狀況。蓋系統控制主機還配備了網絡通信功能，可連接光纖，內部還設置了網絡交換機，不僅能夠實現遠程操控功能，還支持程序下載、修改、數據交換等。并且還配備了擴音電話功能、急停開關自鎖功能，在遇到緊急情況的時候，只需要操控閉鎖按鈕便能夠使皮帶運輸系統急停，但要注意的是如若要復位閉鎖按鈕，需要人工操作。與此同時，該控制系統還要和廣播報警擴播電話對接[10]。

圖1 煤礦井下皮帶運輸系統自動化控制

自動化控制煤礦皮帶運輸系統，在實際應用過程中，需要從兩方面來進行有效的把控：一方面是送機過程的把控。煤礦井下生產環境較為復雜，存在著許多不確定性因素，即使是自動化控制皮帶運輸系統，同樣容易發生故障，但相較于傳統的皮帶運輸系統來說，具有自動化控制功能的系統在運行過程中更加安全，這是因為當系統出現故障，或是發生異常的時候，其自身可以及時識別故障，并且下達有效的指令，對系統進行保護。在處理好系統故障之后，其可以自動復位，重新啟動系統，使之正常運行。這在很大程度上能夠減少煤礦井下生產安全事故的發生，有利于保護相關人員的生命財產安全。要注意的是，雖然皮帶運輸系統是自動化控制，但同樣能夠進行人工操控，可通過人為操作的方式來改變皮帶運輸系統的運行狀態。而且可以對系統的熱電阻進行動態化監控，一旦熱電阻溫度超出允許范圍，便會自動停止運行系統，這能夠有效保護電機。另一方面，則是對皮帶輸送機故障的維修管控。在皮帶輸送機運行的過程中，其也容易發生故障，為了避免這一問題，則需要做好日常維護工作。在對其進行維護的時候，應當定期檢查輸送機的硬件設備，看其是否存在問題，是否能夠正常運行。與此同時，還要關注于輸送機的軟件系統，查看其功能是否齊全，要實施全面測試。在維修過程中，還需要結合人工檢測的方式來合理判斷系統的狀態，如若發現故障，要及時采取針對性措施解決。

4.皮帶運輸自動化的優點和未來智能化發展方向

皮帶運輸自動化的優點，主要體現在以下幾個方面：一是其在輸料過程中具有連續性，能夠在一定范圍內按照要求來輸送物料。可連續在同一方向內運輸物料，裝卸不需要停車，運輸速度快、生產效率高；二是皮帶運輸自動化具有較好的穩定性，工作過程中的能耗較低，驅動裝置功率較小。在未來皮帶運輸將朝著智能化方向發展，如伸縮皮帶輸送機械的發展順應了這一趨勢，其能夠在皮帶運輸自動化的基礎上，增設伸縮機構，使得皮帶機能夠自由調整所需要的長度，并設有自動升降裝置，以便于控制輸送機端部高度。與此同時，皮帶自動化集控系統也將進一步實現智能化，開啟自動化開采時代。

5.結束語

總而言之，應當充分發揮自動化控制技術，將其有效應用于煤礦井下皮帶運輸系統中，以實施有效的遠程監控，提高皮帶運輸系統的運行效率，保障煤礦井下生產運輸的安全性，從而獲得更多的經濟效益。