煤礦智能化煤流控制系統(tǒng)應(yīng)用分析

孟小軍

（晉煤集團(tuán)寺河煤礦二號井，山西 晉城 048019）

1 概 述

晉煤集團(tuán)寺河煤礦二號井井下原煤運(yùn)輸系統(tǒng)比較復(fù)雜，井下為3 個盤區(qū)（九七盤區(qū)、九四盤區(qū)和一五三盤區(qū)）分區(qū)開采。三個盤區(qū)原煤先后通過膠帶運(yùn)輸大巷3 部皮帶、集中膠帶運(yùn)輸巷皮帶、二號煤倉、主斜井膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸上井。

九七盤區(qū)運(yùn)煤路線為97103 巷兩部皮帶連續(xù)運(yùn)輸，再經(jīng)過9#煤南膠帶大巷兩部皮帶，最后通過三號煤倉落到膠帶運(yùn)輸大巷第二部皮帶機(jī)上。一五三盤區(qū)運(yùn)煤路線為153103 巷兩部皮帶連續(xù)運(yùn)輸，再經(jīng)過15#煤南膠帶大巷兩部皮帶，最后落煤在膠帶運(yùn)輸大巷第二部皮帶機(jī)上。九四盤區(qū)運(yùn)煤路線為94103 巷兩部皮帶連續(xù)運(yùn)輸，通過五號煤倉落煤在北二巷皮帶機(jī)上，北二巷皮帶搭接在膠帶運(yùn)輸大巷第三部皮帶機(jī)上。

寺河煤礦二號井皮帶數(shù)量較多，且相對比較分散，并采用逆煤流啟動、順煤流停機(jī)，不論皮帶上煤量有無、多少，前方盤區(qū)皮帶和主運(yùn)輸大巷皮帶都要全速運(yùn)行，造成皮帶空轉(zhuǎn)時間較長，設(shè)備磨損和電能浪費(fèi)，因而改造智能煤流系統(tǒng)非常必要。

2 智能化煤流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

智能化煤流控制系統(tǒng)主要由料流傳感器、礦用本安型可編程控制器（簡稱煤流控制器）、礦用隔爆兼本安型電源箱、礦用本安型速度傳感器、工控機(jī)、調(diào)速控制軟件等組成，如圖1。

（1）料流傳感器主要用于檢測皮帶斷面的高度，通過超聲波傳感器和激光傳感器對皮帶的斷面進(jìn)行測量，得出皮帶上煤的截面積。工作電源為DC18 V，測量范圍為0.5～3 m，誤差為±5%（F.S）。

（2）速度傳感器輸出電壓為15 V，速度檢測范圍為0～6 m/s，輸出頻率為200～1000 Hz，輸出電流為4～20 mA。速度傳感器根據(jù)皮帶截面積以及檢測的皮帶速度，計算出皮帶上的瞬時煤量。

（3）煤流調(diào)速控制器輸出電壓為DC12 V，采用16 路本安開關(guān)量/頻率量（復(fù)用）輸入信號，10路繼電器輸出/6 路三極管輸出信號。煤流調(diào)速控制器可根據(jù)皮帶上的煤流數(shù)據(jù)或地面調(diào)速計算機(jī)的調(diào)速指令控制皮帶變頻器的速度，并通過以太網(wǎng)讀取煤流量傳感器的數(shù)據(jù)，進(jìn)行存儲，即可得出皮帶上的煤流分布。

（4）地面調(diào)速計算機(jī)與多臺煤流調(diào)速控制器進(jìn)行通訊，顯示皮帶的故障，控制皮帶的啟停和速度。

圖1 智能化煤流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）智能化煤流系統(tǒng)避免了傳統(tǒng)視頻識別方法的弊端，在煤塵大、皮帶上有煤水、光源照射的環(huán)境下能有效可靠檢測皮帶上的煤流量，維護(hù)量少。

（2）該系統(tǒng)獨(dú)有的算法和系統(tǒng)架構(gòu)可以不依托上位計算機(jī)實現(xiàn)單條皮帶依據(jù)煤流量單獨(dú)自動調(diào)速，煤流調(diào)速就地控制器計算和調(diào)度計算機(jī)全局計算雙重計算和控制，實現(xiàn)超前響應(yīng)、平穩(wěn)調(diào)速，避免堆煤及膠帶機(jī)運(yùn)行速度震蕩。

（3）當(dāng)智能化煤流系統(tǒng)斷電故障出現(xiàn)，煤流分布數(shù)據(jù)丟失時，系統(tǒng)可自動轉(zhuǎn)入逆煤流啟動流程，從而保證了煤流系統(tǒng)正常運(yùn)行。當(dāng)傳感器在線診斷功能傳感器失效時，皮帶立即以最大速度運(yùn)行，避免堆煤，以保證安全。

（4）根據(jù)煤流量通過膠帶運(yùn)輸機(jī)智能煤流調(diào)速控制器實現(xiàn)皮帶變頻器的控制、速度調(diào)節(jié)，減少機(jī)械磨損，節(jié)省電能，實現(xiàn)順煤流啟動，順煤流停車，節(jié)省電能。

（5）地面智能煤流集控中心實時監(jiān)測煤礦井下皮帶工作狀態(tài)及煤流分布等數(shù)據(jù)，顯示各輸送機(jī)沿線煤量分布和總負(fù)載數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)故障情況，遠(yuǎn)程操控皮帶機(jī)啟停和調(diào)速，并實現(xiàn)報表分析顯示。

3 智能煤流系統(tǒng)實施方案及應(yīng)用效果分析

3.1 智能煤流系統(tǒng)實施方案

（1）在集中膠帶運(yùn)輸巷、主運(yùn)輸大巷第一部、第二部皮帶輸送機(jī)、9#煤南膠帶大巷輸送機(jī)、15#煤南膠帶大巷輸送機(jī)配置礦用本安型可編程控制器（膠帶運(yùn)輸機(jī)智能煤流調(diào)速控制器），用于皮帶變頻器的控制和數(shù)據(jù)上傳與遠(yuǎn)控。

（2）在9#煤南膠帶大巷一部皮帶機(jī)尾、9#煤南膠帶大巷二部皮帶機(jī)尾、15#煤南膠帶大巷一部皮帶機(jī)尾、15#煤南膠帶大巷二部皮帶機(jī)尾、主運(yùn)輸巷一部皮帶機(jī)尾、主運(yùn)輸巷二部皮帶和15#煤南膠帶大巷一部皮帶搭接處、主運(yùn)輸巷三部皮帶機(jī)尾均安裝1 臺料流傳感器和1 臺速度（位移）傳感器。料流傳感器采用激光及超聲波探頭融合方式進(jìn)行測量，實時采集皮帶上的煤流分布。

3.2 實際應(yīng)用效果分析

2019 年7 月寺河煤礦二號井煤流系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，截至2020 年6 月，通過12 個月實際應(yīng)用效果來看取得了顯著應(yīng)用成效。

（1）降低了空載率。優(yōu)化后煤流系統(tǒng)中輸送機(jī)電機(jī)功率為160 kW，帶速3.15 m/s，實現(xiàn)主煤流運(yùn)輸系統(tǒng)“按需起?！笨刂疲蟠鬁p少系統(tǒng)空載運(yùn)行率，可以降低空載運(yùn)行率50%。

（2）降低了設(shè)備維修成本費(fèi)用。該系統(tǒng)投入使用后有效降低主煤流運(yùn)輸系統(tǒng)的輕載運(yùn)行率，大大降低設(shè)備磨損，延長設(shè)備使用壽命，約延長20%。本項目未實施的2018 年，全年相關(guān)皮帶更換上托輥1264 組、下托輥873 組，本項目實施后2019 年7 月—2020 年6 月，更換上托輥984 組、下托輥752 組，減少成本15.3 萬元。

（3）提高了節(jié)能效果。該系統(tǒng)投入使用后有效降低主煤流運(yùn)輸系統(tǒng)的輕載運(yùn)行率，大大減少由此產(chǎn)生的無功效能耗，針對不同皮帶機(jī)，可以實現(xiàn)約5%以上的節(jié)能效果。本項目未實施的2018 年，全年相關(guān)皮帶耗電能約630 萬kW·h，本項目實施后2019 年7 月—2020 年6 月，皮帶耗電能約593萬kW·h，減少成本約19.2 萬元，實現(xiàn)節(jié)能5.8%。

4 結(jié)束語

智能煤流系統(tǒng)采用超聲和激光融合的料流檢測方式，實現(xiàn)有煤塵和水的環(huán)境下準(zhǔn)確、快速地進(jìn)行帶式輸送機(jī)上煤流量的檢測，通過系統(tǒng)控制軟件安全冗余預(yù)測算法，實現(xiàn)皮帶全系統(tǒng)根據(jù)煤流自動調(diào)速。使用煤流自動調(diào)速系統(tǒng)將大幅降低皮帶更換托輥和維修皮帶的工作量， 降低了皮帶機(jī)過載停車的風(fēng)險，提高了設(shè)備的可靠性和安全性，減輕了工人的工作量和勞動強(qiáng)度，有效地保證工人的身體狀況，提高了生產(chǎn)效率。