機巷運輸自動化集中控制系統(tǒng)在沿溝礦的應用

蔡正華，葉迪保，駱黃艷

（樂礦集團，江西 景德鎮(zhèn) 333300）

1 概述

沿溝煤礦開采急傾斜煤層群，采用“急傾斜柔性掩護支架采煤法”開采。 工作面煤炭經機巷后采用刮板輸送機、皮帶輸送機運至煤斗。 采區(qū)機巷運輸系統(tǒng)基本運輸單元由多條皮帶、刮板輸送機搭接形成。 沿溝煤礦現有的原煤開采輸送系統(tǒng)，均靠人工操作及巡檢維護。 因此，每部設備均需配備刮板輸送機、皮帶輸送機司機。 采面初采期，工作面走向長度較長， 皮帶、 刮板輸送機較多， 最多時可達9部，最少時也有5 部，造成企業(yè)用工多，人力成本占到企業(yè)噸煤成本的一半以上。 隨著國家煤礦安全監(jiān)察局《煤礦井下單班作業(yè)人數限員規(guī)定（試行）》的通知的下發(fā)及煤礦企業(yè)招工難等突出問題，自動化減人工作已成為各煤礦企業(yè)發(fā)展趨勢和努力追求的目標。 而采區(qū)工作面機巷運輸集中自動化控制系統(tǒng)能從根本上解決采區(qū)機巷設備用人多、 故障多、成本高等問題，具有重要的社會和經濟效益。

2 采區(qū)機巷運輸自動化集中控制系統(tǒng)簡介

采區(qū)機巷運輸自動化控制系統(tǒng)是以視頻、自動化及網絡技術集于一體的智能監(jiān)控裝置；以智能模型為核心的控制思路，組成井下煤炭輸送的智能物聯網，達到全井無憂安全輸送。

2.1 系統(tǒng)框架

采區(qū)機巷運輸自動化控制系統(tǒng)中，各智能控制分站是通過現場總線網絡接口連接在一起的。 各分站具有獨立工作能力， 可自主完成既定的任務，如數據采集、處理、監(jiān)視、操作和控制等。 對礦井運輸系統(tǒng)來說，就是針對每一條生產線設置一個智能控制分站，一條生產線包括由不同臺數的皮帶機與刮板機組成，獨立自主完成對一條生產線運輸設備的控制、顯示和操作。 采區(qū)機巷運輸自動化控制系統(tǒng)結構見圖1。

圖1 采區(qū)機巷運輸自動化控制系統(tǒng)結構

2.2 控制保護功能

系統(tǒng)為實時監(jiān)控網絡結構，具有完善的生產監(jiān)控管理功能，能對運輸主要環(huán)節(jié)及相關的輔助環(huán)節(jié)的生產過程進行實時數據采集、傳輸、處理、顯示、記錄，對井下運輸系統(tǒng)進行遠程集中監(jiān)控；同時配合工業(yè)電視系統(tǒng)進行安全圖像監(jiān)視，以確保人員及設備的安全。 監(jiān)控系統(tǒng)實施后，操作員可在中控終端上監(jiān)視及控制運輸生產過程，完成對運輸生產及相關環(huán)節(jié)的“遙測、遙信和遙控”，實現了礦井運輸生產系統(tǒng)的綜合自動化。 各設備的保護信號有打滑、堆煤、斷軸、超溫、煙霧、縱撕、灑水、跑偏、倉滿、急停閉鎖、斷鏈、板斜、掉鏈等。

2.3 系統(tǒng)硬件組成

系統(tǒng)主要由地面監(jiān)控中心站、網絡層、現場控制分站組成。 主要設備包括上位機、組態(tài)軟件、礦用隔爆交換機、 隔爆兼本安型PLC控制箱、 隔爆液晶屏、總線數據采集系統(tǒng)、防爆攝像頭及各類傳感器等部分。

2.4 外接數據交換

根據現場的設備布置情況， 采用三層網絡結構。 在設備層采用專用總線技術。 在控制層采用專用的控制網絡。 在系統(tǒng)接入的信息層采用工業(yè)以太網。 系統(tǒng)保證整個網絡的暢通行，網絡具有路由的功能，能通過上位系統(tǒng)的以太網、路由到控制層和設備層。

2.5 系統(tǒng)功能

（1）實時運行參數監(jiān)測

各監(jiān)控子系統(tǒng)實時采集生產工況參數，可以采用圖形、報表的形式顯示系統(tǒng)的實時工況。

具體監(jiān)測的工況參數：如皮帶是否打滑、斷帶、跑偏、撕裂、煙霧，皮帶機是否堆煤，刮板機的聯軸器與減速器的溫度，電機的溫度、轉速，減速器內的油位，刮板的運行狀態(tài)，刮板機是否堆煤等。

（2）實時過程控制

分析采集的參數，各系統(tǒng)自動完成過程控制或由操作員操作控制。 系統(tǒng)控制模式分為遠程自動控制、遠程手動控制、就地運行控制。 模式切換可在觸摸屏及上位機上完成。 正常運行時，系統(tǒng)一般處于遠程自動控制狀態(tài)。 系統(tǒng)根據預設程序控制生產線上設備自動按順序啟動、運行、連鎖與保護及停車全過程的控制和監(jiān)測。 協(xié)助運行時，系統(tǒng)可以處于遠程手動控制狀態(tài)。 根據生產要求由操作人員協(xié)助控制生產線上設備的開、停車，保留集中自動控制的全部功能。 檢修試車時，系統(tǒng)處于就地運行控制狀態(tài)。 通過現場設備控制柜上的起停裝置控制設備的開、停車，保留單臺設備的保護功能。

（3）歷史數據查詢

以上生產實時監(jiān)測數據均可存儲于生產實時數據歷史數據庫中，可實現歷史回顯、歷史趨勢分析，進行綜合分析。 提供實時數據及曲線、歷史數據及曲線、報警參數記錄、報警數據、起停車的時間記錄等。

（4）視頻監(jiān)控

利用遠程視頻攝像儀，在中控或各子站均可實時視頻監(jiān)視設備運行狀況，通過網絡將實時視頻傳至井上并保存，以便后期調閱。

（5）設備故障及模擬量超限報警

當設備故障或模擬量超限時，生產監(jiān)測及管理網絡同步顯示故障設備名稱，并可實現報警、實時打印故障功能。 如設備出現各類故障時，系統(tǒng)將聲光報警并按預設程序進行連鎖動作， 并對故障時間、位置及類型等信息進行記錄。

3 采區(qū)機巷集中自動化控制系統(tǒng)在沿溝礦31701 工作面的應用

3.1 機巷運輸情況及存在問題簡介

31701 采區(qū)機巷共裝設皮帶輸送機二部、 刮板輸送機四部。 整條機巷全長700 余米，兩處90 度拐彎。 當工作面來煤后，最后一部刮板輸送機司機發(fā)信號通知第一部司機，由第一部司機將皮帶輸送機開啟；等第一部開啟后，第二部司機再將二部皮帶輸送機開啟；按此步驟，直到最后一部刮板輸送機運行。 為此礦人力資源部給該機巷定員20 人（操作工每班6 人、維修鉗工2 人）。 由于原有操作工藝復雜，導致該機巷存在三個方面問題：①從發(fā)出信號到設備全線運轉起來，需10 多分鐘，一旦工作面來煤較快，極易壓死刮板輸送機。 ②由于下煤斜坡除下煤外，也是工作面進風巷，煤流不及時運走，會影響工作面進風斷面，經常造成工作面少風、無風作業(yè)及瓦斯超限；③由于工作面采用炮采，工作面出煤量極不穩(wěn)定。 為減輕工作量，崗位人員停機時間較少，尤其中、晚班，設備幾乎不停，造成刮板輸送機、皮帶輸送機長期空負荷運轉，中部槽、鏈環(huán)、托輥等零配件磨損消耗特別大； 這樣既增加了材料費， 又增加了維修工作量， 還增加了電費支出。為了有效化解老工藝給生產帶來的被動影響，提高安全生產可靠性， 提高企業(yè)經濟效益， 沿溝礦于2018年10月采用EPC 模式，引進北京昌盛傳動技術有限公司采區(qū)機巷運輸自動化集中控制系統(tǒng)，實現了31701 機巷運輸設備集中自動化控制。

3.2 系統(tǒng)安裝

為減少線路聯接，每臺設備上布置了一臺分站及一個紅外攝像頭，各臺設備傳感器通過分站PLC進行程序處理，主站（操做臺）與控制分站之間通過光纖總線方式連接組成控制網絡，各控制分站是通過現場總線網絡接口連接在一起。 整條機巷只需增加光纜一根，兩芯屏蔽阻燃通訊線一根。 由于設備采用PLC 程序控制，設備未投入使用前，可用程序將新設備所有點進行短接，確保了設備安裝期間不會對現有生產系統(tǒng)造成影響。

3.3 系統(tǒng)操作

系統(tǒng)的控制方式：具有集中自動運行、單機自動運行、就地三種工作方式。 機巷只需兩人，一人操作、一人巡視；操作人員通過最后一部刮板輸送機尾攝像頭觀察來煤情況，一旦刮板輸送機尾煤量達30 mm，便發(fā)出指令從最后一部設備往前逐臺開啟。當無煤時， 系統(tǒng)會從里面逐臺往外停止設備運行，確保設備不會被煤流壓死。

4 使用效果分析

4.1 經濟效果

（1）人工成本收益：原6 臺設備操作人員18 人/天，改造后6 人/天，按礦機巷設備操作工崗位3 500 元/月（含四險一金）計算，則年節(jié)約人工費用12×4.2 萬元=50.4 萬元。

（2）電量支出收益：由于設備由原逆煤流啟動改為順煤流啟動及增加了停機頻率，通過機巷表計對比，電能節(jié)約可達30%以上。 按沿溝礦對近4年統(tǒng)計每臺設備單耗計算， 取平均值0.218 萬度臺/月，年合計用電量約為0.218×6 臺×12 個月=15.696萬度，按綜合電價0.79 元/ 度計算：15.696×0.79=12.4 萬元。 則年節(jié)約電費：12.4×0.3=3.72 萬元。

（3）設備損耗收益粗算：改造后設備空運行時間可減少30%，按皮帶機每臺設備價值約18 萬元，刮板輸送機每臺設備價值約10 萬元，6 臺設備合計約76 萬元；年節(jié)省設備損耗費用76×0.3=22.8 萬元/年。

機巷運輸系統(tǒng)集中自動化控制改造后，與原系統(tǒng)相比預計4年可節(jié)約費用為307.68 萬元， 除去支付北京昌盛傳動技術有限公司投資82.66 萬元費用外，沿溝礦四年可節(jié)約費用225.02 萬元。

4.2 社會效果

通過該項目的實施，企業(yè)用工大量減少，若沿溝礦生產的五個采面全部投入采區(qū)機巷集中自動化控制系統(tǒng)后，五個采區(qū)將直接減少一線作業(yè)人員50 人，將大幅度緩解目前煤礦招工難、用工多的突出問題；特別是滿足了《煤礦井下單班作業(yè)人數限員規(guī)定（試行）》通知的要求，實現了煤礦井下人少則安、無人為安的安全理念和自動化減人、機械化換人的目標。

5 結語

機巷集中自動控制系統(tǒng)，通過沿溝礦近一年的使用，基本達到了無故障運行，且安裝、使用方便，安全可靠性高，并得出如下結論：

1）本項目采用EPC 模式運作，企業(yè)投資做到了零風險。

2）機巷運輸系統(tǒng)集中自動化控制改造后，與原系統(tǒng)相比預計4年可節(jié)約費用為307.68 萬元，除去投資82.66 萬元費用外， 四年可節(jié)約225.02 萬元。

3）通過該項目的實施，企業(yè)用工大量減少。 原系統(tǒng)每天需要18 人， 采區(qū)機巷集中自動化控制系統(tǒng)實施后每天只需要6 人，大幅度減少了井下一線人員數量，切合《煤礦井下單班作業(yè)人數限員規(guī)定（試行）》的通知要求，實現煤礦井下人少則安、無人為安的安全理念和自動化減人、機械化換人的目標。