礦井綜采工作面綜采設備順煤流啟動技術研究

田亞峰

（晉能控股集團沁秀公司岳城煤礦，山西晉城 048000）

現在，煤礦工作面在啟動運輸設備時會從外至里按順序一臺臺啟動，即為逆煤流啟動；當停車運輸設備時的順序正好相反，即為順煤流停車。使用上述運行方式的目的就是避免運輸設備中會殘留煤炭或由于后級設備出現問題而造成煤流無法持續運行進而影響前級設備。而且，還增加了設備空轉的時間與能耗。由于刮板輸送機對高壓變頻技術的使用，且高壓變頻技術的功率較大，逐漸完善了綜采工作面的變頻，逐漸將一網到底環網技術使用至綜采工作面中，變頻器通訊接口的優化與共享數據的功能，促進了按邏輯順序來啟動綜采設備的可能成為現實[1]。皮帶機、轉載機、刮板機煤流檢測技術在這幾年慢慢被使用，并以此為基礎來啟動綜采設備的順煤流。

1 啟動煤礦綜采設備的詳細步驟

啟動設備的步驟是：第一，主井的皮帶機；第二，順槽的皮帶機；第三，破碎機；第四，轉載機；第五，刮板輸送機；第六，采煤機。在啟動前級設備并運行速度在額定速度時，就要給下級下達指令，然后在啟動下級設備并使其運行，按照統計得知，自調度室將開機命令下達下去，自啟動首級設備至正常采煤所需要的時間在40min以上，甚至大于1h，而且每個設備的啟動主要由司機來執行，對上、下級設備實際的運行狀況不能充分了解，主要憑借司機所總結的經驗來對上級設備運行狀況進行判斷，在判斷正常之后再將本設備啟動，而且在將本設備啟動之后，不管設備中煤流有沒有存在，不管煤流負荷是大還是小，設備運行速度不變。很明顯，此類運行與啟動方式會有很長時間是空運轉的，功耗就會被浪費了，嚴重將設備磨損。

2 順煤流控制技術所適應的現狀

2.1 煤流檢測技術的應用

將煤流系統當作研究對象，所包含的煤流流徑設備為裝車/裝船系統、地面上的堆場管理系統、選煤廠中的煤流輸送系統、地面上的選煤廠輸送皮帶機、立井提升機主斜井皮帶機運輸機、皮帶機、轉載機、刮板機等；表現出洗選環節、地面與井下的原煤運輸環節、提升環節涉及的有關單體設備更加智能化與自動化，還有所有運輸環節整體性與系統性觀念，經過對數學建模的完善、硬件軟件體系的可靠性，不但可以使物理設備更加系統與智能，還能夠使運營管理能適應變革[2]。利用激光雷達來對傳感器進行掃描，對煤層的輪廓進行掃面，能夠對設備上煤層厚度、煤的通過量、有沒有煤流等信息進行檢測，圖1就是詳細的原理圖。

圖1 掃描儀安裝及掃描示意圖

煤在tr時間中從掃面儀上通過的量是：

在上述公式內，dr、α、dα、α0、δ、αf、Uk分別表示的是空載距離實際測量值、現在掃面的寬度、距離實際的測量值、開始的掃描角度、角度分辨率、最后的掃描角度、各個刮板對應的體積。

工業PC 與掃描儀構成了智能煤流系統的檢測單元，主要對煤流斷面進行掃描，還要計算檢測出來的數據，隨時將煤流高度的平均值獲取，還利用以太網來把上述數據傳出去。主要在線計算與掃描膠帶機整個運輸系統實際煤流狀況，圖2就是煤流平均高度的變化曲線圖。

圖2 煤流平均高度的變化曲線

煤流自空載至帶載所發生的變化為：當來煤時，皮帶上的煤量自少量至多量的時間內，能夠清晰地看出煤流輪廓所發生的改變與煤層高度所發生的改變。

2.2 礦用變頻技術的快速發展

在這20年中，變頻技術發展速度非?？?，并使用到了不少煤礦企業中，比方說，淮北礦務局、潞安礦務局、晉城煤業集團等。通過變頻器來改造帶式輸送機上的驅動，將經濟與社會效益提供給用戶。

啟動帶式輸送機系統：通過變頻器來驅動帶式輸送機，采取變頻器所具有的軟起動功能來把皮帶機與電機對應的軟起動功能結合起來，利用電機所具有的慢起動來將皮帶機帶動起來，慢慢釋放儲存到皮帶中的能量，使起動皮帶機期間縮小張力，皮帶幾乎不會受到損害[3]。

多電機驅動皮帶機的功能平衡的實現：通過變頻器來驅動皮帶機，通常會采取一拖一控制，在多電機進行驅動期間，會通過主從控制，來促進功率平衡的實現。

皮帶帶強的下降：變頻器被用于驅動之后，因為變頻器所啟動的時間范圍是1~3600s，并且可以調整，一般皮帶機所啟動的時間范圍是60~200s，可以按照現場實際狀況來設定，延長皮帶機啟動時間，大幅度下降皮帶帶強方面的要求，使初期的設備投資下降。

設備維護量的下降：變頻器是集成了電子器件，變頻器通過轉換機械壽命，來延長壽命，使設備維護量大幅度下降。與此同時，其軟起動能夠促進帶式輸送機上的軟啟動在啟動期間不沖擊機械，也降低了檢修機械部分的量。

節能:通過變頻器來去驅動皮帶機之后所呈現的節能效果表現在系統效率與功率因數上。

經過推廣該技術，能夠促進集中監測順煤流得以實現。

3 設計順煤流的啟動

3.1 順煤流啟動計劃與實現手段

順煤流啟動計劃:經過調研與論證該礦，可以將設備開機過程改成，第一，調度室將開機指令下達。第二，對每個輸送設備有沒有啟動條件進行判斷。第三，每個設備都有可以啟動運行。第四，啟動采煤機。第五，啟動刮板機。第六，采煤機割煤。第七，煤流流至刮板機機頭。第八，轉載機啟動。第九，破碎機啟動。第十，順槽皮帶機啟動。第十一、煤流流至順槽皮帶機的機頭。第十二，主井皮帶機啟動。第十三，結束啟動。

啟動計劃的實現手段:將煤流監測裝置安裝到皮帶機、轉載機、刮板輸送機上的合適地方，還利用控制器，來啟動控制輸送設備，圖3就是其具體的示意圖。

圖3 煤流監測及啟動控制示意圖

基于之前運輸系統的逆煤流一鍵啟動來實施改進，促進其逆、順煤流能夠對一鍵啟動適應得以實現，將有煤監測點安全到皮帶機上，數量是3個，除第一級皮帶機之外，每個有煤監測點所監測到的數據會實時傳輸至PLC主控制器中，為了使皮帶的逆、順煤流的啟動運行更加可靠與安全，就將互鎖參數設置到有煤監測點中，避免其中一個監測點不起作用，前一級皮帶沒有開機而導致堆煤事故發生。

在未將啟動順煤流信號發出之前，要先檢測全部輔助設備，全部輔助設備在正常之后，在對啟動按鈕進行按動，主控制器要檢測全部有煤監測點，不管哪個監測點有煤被檢測到時，就會將前級皮帶啟動；不管哪個有煤監測點有故障發生，上級連同本級皮帶就會逆煤流啟動。別的皮帶則轉換成順煤流啟動。

將有煤監測點設置到皮帶機中，且數量是3 個，這3個對應的作用為1#監測點在將有煤檢測到時，就將啟動指令發送給前級皮帶；2#監測點要對上級皮帶有沒有運行進行檢測，若運行信號不存在，那么就停止本級皮帶的運行；3#監測點會對順煤流開機初期，且前級皮帶無運行時，3#監測點和2#監測點間有沒有煤進行檢測，若有煤，就停止本級皮帶的運行，啟動上級皮帶，避免出現堆煤事故。

將互鎖參數設置到3 個監測點中，既安全又可靠，堆煤事故不會發生，將設備開機效率提高，此項目有較為新穎的構思，較為獨特的設計，自根源來將帶式輸送機使用較長時間啟動、電能被浪費等問題進行解決。圖4就是順煤流啟動流程圖。

圖4 順煤流啟動流程

3.2 理想效果

3.2.1 相比于固有逆煤流的啟動效果

該項目所取得的成果能夠將固有啟動方式內的缺點進行解決，且固有啟動方式為啟動時是逆煤流、停止時是順煤流。當順煤流進行開機期間，不管有沒有煤在皮帶上，皮帶上都不會出現堆煤，開機所用的時間比較短，空轉時間、設備磨損下降，電能節省較多，并將生產效率提高[4]。

3.2.2 詳細分析經濟效益

直接經濟效益的分析：在地面皮帶集控系統對逆煤流皮帶一鍵啟動時，自開啟皮帶機至開啟下運皮帶所使用的時間大概是10min左右。1d的開機次數按照3次來進行計算（在交接班期間大約1h是不出煤的，處于停機狀態），下運皮帶的帶速、帶長、電機的功率分別是4m/s、1750m、4×560kW（由于該皮帶是最后的一部，所以空載損耗是不存在的），第3部的皮帶是主井皮帶，其帶速、帶長、電機功率、空載損耗分別是4m/s、3350m、4×2240kW、4×250kW·h，電能1d 就能節省1160kW·h；主井皮帶的前1部皮帶就是201皮帶，其帶速、帶長、電機功率、空載損耗分別為4m/s、68.5m、560kW、50kW·h，電能1d可以節省95kW·h；201皮帶的前1部皮帶就是214皮帶，該皮帶的帶速、帶長、電機功率、空載損耗分別是4m/s、190m、60kW×2、2×50kW·h，電能1d可以節省195kW·h。

主井、1、2號皮帶：電能1d可以節省1450kW·h，那么1 年就能節省50.75×104kW·h，所節省電費大概在50.75萬元/a左右。

間接經濟效益的分析：通過逆煤流來將皮帶啟動時，自開啟皮帶機至開啟下運皮帶所使用的時間大概是10min左右；當將順煤流啟動主運皮帶系統時，1d的開機次數按1 次計算，開啟皮帶的時間1d 就能節省10min，根據工作面1h 可以生產1500t 原煤，那么1d 就能將原煤產量提高205t，那么1 個月就能提高7500t，1年就能提高90000t，依據1t 原煤400 元計算，那么1 年所提高的經濟效益大概在3600萬元左右。

4 結束語

若使用的啟動計劃是順煤流啟動，從理論上來說，是可以將能源消耗降低的，設備磨損下降。此順煤流啟動措施所使用的場所是一部以上的長距離帶式輸送機當作主運輸系統不間斷運輸的洗選、礦山生產等，具有顯著的經濟效益，非常值得推廣。

通過對該計劃進行論證、理論計算與調研得知，該技術是可以實施的，可在給定調速參數、給定設備啟動期間的常余量等方面實際驗證依然不充足，在之后的實施期間，需按照故障判斷、輸出參數、輸入參數等方面的實際狀況來校正。