煤礦井下主運輸系統智能控制研究

劉海波

（汾西礦業（集團）有限責任公司雙柳煤礦，山西 柳林 033300）

引言

帶式輸送機是擔負煤礦井下運輸的主要設備，由于井下運輸距離長、運輸路線復雜，原煤運輸多通過帶式輸送機搭接實現[1-2]。隨著礦井綜合自動化程度提升，對帶式輸送機集成化、自動化以及智能化控制等方面提出更高要求[3]。因此，根據井下帶式輸送機實際情況，設計了技術更為先進、性能更為完善的運行控制系統，對提升帶式輸送機自動化運行水平以及運輸效率等方面均有一定促進作用[4-7]。山西某礦主運輸系統帶式輸送機運行采用人工就地控制方式，即每臺帶式輸送機均安排1 人專門值守控制帶式輸送機運行，現階段帶式輸送機控制方式存在自動化程度低、未能實現順煤流啟動以及逆煤流閉鎖、帶式輸送機與采煤機間缺乏協調性、人工巡檢效率低等問題，給井下原煤高效運輸帶來一定影響，需要針對現場實際情況對帶式輸送機控制系統進行升級改造。

1 某礦主運輸系統概況

山西某礦設計產能380 萬t/年，開采范圍內煤層賦存穩定、地質構造不發育，現階段煤礦井下主運輸系統有11 臺帶式輸送機，總運輸長度達到42.7 km，將井下采掘作業面生產的原煤持續運輸到地面煤倉內。由于帶式輸送機間無煤倉，后級帶式輸送機停轉時前級必須及時停止；為滿足運輸需要，需采用逆煤流啟動方式。現帶式輸送機控制系統運行中存在生產效率不高、能耗大等問題。礦井主運輸系統自動化控制程度較低，使用運輸人員較多同時礦井現布置的集中監控系統覆蓋范圍不全，無法及時掌握井下設備運行狀態以及故障發生情況。因此，文中針對現場運輸情況，設計帶式輸送機智能集中控制系統，該系統以PLC、井下工業以太網實現帶式輸送機集中控制，以便提升礦井運輸系統生產效率。

2 智能控制系統結構

具體構建的智能控制系統組成包括有控制臺（布置在地面）、料流檢測傳感器、智能煤流防爆控制箱、帶式輸送機原有PLC 控制器、井下工業以太網環網以及交換機等，具體搭設架構如圖1 所示[8-9]。

圖1 智能控制系統架構

智能煤流防爆控制箱與帶式輸送機原PLC 間用以太網通信。采面生產的煤炭經過采面順槽、主運輸巷、主井以及上倉帶式輸送機等運輸至地面煤倉。由于需要掌握運輸系統內帶式輸送機運行情況，因此需要在每臺帶式輸送機機頭處均布置1 臺智能煤流防爆控制箱，用以獲取帶式輸送機運行參數并接收地面控制臺發出的控制指令。在地面調度中心布置控制臺，通過井下以太網獲取帶式輸送機運行數據，對運行數據進行智能分析并發出控制指令。控制臺為S7-300 系列PLC，井下井下分站型號為ET-200M，通過WINCC 實現監控，具體智能控制系統各設備配備情況如下頁圖2 所示。

圖2 智能控制系統各設備配備示意圖

1）控制臺。控制臺是智能控制系統核心單元，組成設備包括有工控機、S7-300 PLC、監控軟件（WINCC），通過控制臺可對帶式輸送機機頭位置布置的PLC 及智能煤流防爆控制箱數據進行處理及顯示，并可實現帶式輸送機智能調速、順煤流啟動等功能。

2）智能煤流防爆控制箱。該設備對料流檢測設備及PLC 參數進行采集，并通過工業以太網傳輸給監控中心，實現井下參數采集。

3）PLC。為降低成本并滿足智能控制要求，需對帶式輸送機機頭位置原有的PLC 進行功能擴展。增加PLC 網絡接口，實現PLC 與智能煤流防爆控制箱間信息交互。

4）料流檢測裝置。在沿線各部帶式輸送機上均布置料流檢測裝置，實現煤流量檢測，并為智能控制系統智能調速、順煤流啟動等功能實現提供依據。

5）速度傳感器。速度傳感器用以檢測輸送機帶速，檢測范圍內0～6 m/s，將速度傳感器檢測結果傳輸給智能煤流控制箱中，并與料流檢測裝置檢測結果同時傳輸給地面控制臺，以便可實時掌握帶式輸送機上煤流分布位置信息。

3 智能控制方式

針對煤礦井下主運輸系統存在自動化程度低、作業人員多等問題，通過采用智能控制系統將井下各部帶式輸送機獨立的控制系統連接起來，實現遠程集中智能控制。在機頭處增設一臺智能煤流防爆控制箱、一個料流檢測裝置以及一個速度傳感器，用以對運行狀態、煤流等監測，并控制啟動、運行速度等；智能煤流防爆控制箱與機頭處PLC 連接，可獲取沿線布置的各類安全檢測傳感器參數，顯示帶式輸送機運行故障情況，便于后續故障排除以及維修工作開展。

1）啟動控制方式。智能控制系統依據料流檢測裝置獲取到的煤流量進行順煤流啟動。生產過程先啟動順槽帶式輸送機，待煤流進入到采區帶式輸送機前30 s 即啟動采區帶式輸送機，以及多部帶式輸送機均按照此方式順煤流啟動，不僅可滿足原煤運輸需要而且減少設備啟動能耗、空轉磨損等。

2）停車控制方式。智能控制系統停車方式為順煤流同時可實現自動停車，當檢測到當前帶式輸送機上及前一級帶式輸送機上均無煤流時，則當前帶式輸送機會自動停止運行。

3）智能調速。依據速度傳感器、煤流檢測裝置檢測參數，對帶式輸送機運行速度進行調整。當煤流量較大時則帶式輸送機按照額定速度運行；當煤流量較小時則按照75%額定速度運行，以便降低帶式輸送機運行過程中能耗以及磨損。

4 結語

文中依據山西某礦現場情況，構建一套帶式輸送機運行智能控制系統，該系統可實現帶式輸送機一鍵啟停、順煤流啟動以及智能調速控制等功能，可在一定程度上提升煤礦井下主運輸系統自動化程度、減少井下運輸人員數量。順煤流啟動后可明顯降低帶式輸送機啟動過程中空轉時間及設備磨損；智能調速可依據帶式輸送機運輸煤流變化情況調整運行速度，降低運行過程中能耗。

操作臺可掌握井下各帶式輸送機運行參數，實現遠程監控。在生產過程中井下主運輸系統可實現無人值守。智能控制系統應用，可提升煤礦井下主運輸系統智能化控制程度以及帶式輸送機生產效率。