礦井綜采工作面綜采設(shè)備順煤流啟動技術(shù)研究

田亞峰

（晉能控股集團(tuán)沁秀公司岳城煤礦，山西晉城 048000）

現(xiàn)在，煤礦工作面在啟動運輸設(shè)備時會從外至里按順序一臺臺啟動，即為逆煤流啟動；當(dāng)停車運輸設(shè)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(shè)備中會殘留煤炭或由于后級設(shè)備出現(xiàn)問題而造成煤流無法持續(xù)運行進(jìn)而影響前級設(shè)備。而且，還增加了設(shè)備空轉(zhuǎn)的時間與能耗。由于刮板輸送機(jī)對高壓變頻技術(shù)的使用，且高壓變頻技術(shù)的功率較大，逐漸完善了綜采工作面的變頻，逐漸將一網(wǎng)到底環(huán)網(wǎng)技術(shù)使用至綜采工作面中，變頻器通訊接口的優(yōu)化與共享數(shù)據(jù)的功能，促進(jìn)了按邏輯順序來啟動綜采設(shè)備的可能成為現(xiàn)實[1]。皮帶機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板機(jī)煤流檢測技術(shù)在這幾年慢慢被使用，并以此為基礎(chǔ)來啟動綜采設(shè)備的順煤流。

1 啟動煤礦綜采設(shè)備的詳細(xì)步驟

啟動設(shè)備的步驟是：第一，主井的皮帶機(jī)；第二，順槽的皮帶機(jī)；第三，破碎機(jī)；第四，轉(zhuǎn)載機(jī)；第五，刮板輸送機(jī)；第六，采煤機(jī)。在啟動前級設(shè)備并運行速度在額定速度時，就要給下級下達(dá)指令，然后在啟動下級設(shè)備并使其運行，按照統(tǒng)計得知，自調(diào)度室將開機(jī)命令下達(dá)下去，自啟動首級設(shè)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(shè)備的啟動主要由司機(jī)來執(zhí)行，對上、下級設(shè)備實際的運行狀況不能充分了解，主要憑借司機(jī)所總結(jié)的經(jīng)驗來對上級設(shè)備運行狀況進(jìn)行判斷，在判斷正常之后再將本設(shè)備啟動，而且在將本設(shè)備啟動之后，不管設(shè)備中煤流有沒有存在，不管煤流負(fù)荷是大還是小，設(shè)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(zhuǎn)的，功耗就會被浪費了，嚴(yán)重將設(shè)備磨損。

2 順煤流控制技術(shù)所適應(yīng)的現(xiàn)狀

2.1 煤流檢測技術(shù)的應(yīng)用

將煤流系統(tǒng)當(dāng)作研究對象，所包含的煤流流徑設(shè)備為裝車/裝船系統(tǒng)、地面上的堆場管理系統(tǒng)、選煤廠中的煤流輸送系統(tǒng)、地面上的選煤廠輸送皮帶機(jī)、立井提升機(jī)主斜井皮帶機(jī)運輸機(jī)、皮帶機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板機(jī)等；表現(xiàn)出洗選環(huán)節(jié)、地面與井下的原煤運輸環(huán)節(jié)、提升環(huán)節(jié)涉及的有關(guān)單體設(shè)備更加智能化與自動化，還有所有運輸環(huán)節(jié)整體性與系統(tǒng)性觀念，經(jīng)過對數(shù)學(xué)建模的完善、硬件軟件體系的可靠性，不但可以使物理設(shè)備更加系統(tǒng)與智能，還能夠使運營管理能適應(yīng)變革[2]。利用激光雷達(dá)來對傳感器進(jìn)行掃描，對煤層的輪廓進(jìn)行掃面，能夠?qū)υO(shè)備上煤層厚度、煤的通過量、有沒有煤流等信息進(jìn)行檢測，圖1就是詳細(xì)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(nèi)，dr、α、dα、α0、δ、αf、Uk分別表示的是空載距離實際測量值、現(xiàn)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(yīng)的體積。

工業(yè)PC 與掃描儀構(gòu)成了智能煤流系統(tǒng)的檢測單元，主要對煤流斷面進(jìn)行掃描，還要計算檢測出來的數(shù)據(jù)，隨時將煤流高度的平均值獲取，還利用以太網(wǎng)來把上述數(shù)據(jù)傳出去。主要在線計算與掃描膠帶機(jī)整個運輸系統(tǒng)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(fā)生的變化為：當(dāng)來煤時，皮帶上的煤量自少量至多量的時間內(nèi)，能夠清晰地看出煤流輪廓所發(fā)生的改變與煤層高度所發(fā)生的改變。

2.2 礦用變頻技術(shù)的快速發(fā)展

在這20年中，變頻技術(shù)發(fā)展速度非?？?，并使用到了不少煤礦企業(yè)中，比方說，淮北礦務(wù)局、潞安礦務(wù)局、晉城煤業(yè)集團(tuán)等。通過變頻器來改造帶式輸送機(jī)上的驅(qū)動，將經(jīng)濟(jì)與社會效益提供給用戶。

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

多電機(jī)驅(qū)動皮帶機(jī)的功能平衡的實現(xiàn)：通過變頻器來驅(qū)動皮帶機(jī)，通常會采取一拖一控制，在多電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動期間，會通過主從控制，來促進(jìn)功率平衡的實現(xiàn)。

皮帶帶強(qiáng)的下降：變頻器被用于驅(qū)動之后，因為變頻器所啟動的時間范圍是1~3600s，并且可以調(diào)整，一般皮帶機(jī)所啟動的時間范圍是60~200s，可以按照現(xiàn)場實際狀況來設(shè)定，延長皮帶機(jī)啟動時間，大幅度下降皮帶帶強(qiáng)方面的要求，使初期的設(shè)備投資下降。

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

節(jié)能:通過變頻器來去驅(qū)動皮帶機(jī)之后所呈現(xiàn)的節(jié)能效果表現(xiàn)在系統(tǒng)效率與功率因數(shù)上。

經(jīng)過推廣該技術(shù)，能夠促進(jìn)集中監(jiān)測順煤流得以實現(xiàn)。

3 設(shè)計順煤流的啟動

3.1 順煤流啟動計劃與實現(xiàn)手段

順煤流啟動計劃:經(jīng)過調(diào)研與論證該礦，可以將設(shè)備開機(jī)過程改成，第一，調(diào)度室將開機(jī)指令下達(dá)。第二，對每個輸送設(shè)備有沒有啟動條件進(jìn)行判斷。第三，每個設(shè)備都有可以啟動運行。第四，啟動采煤機(jī)。第五，啟動刮板機(jī)。第六，采煤機(jī)割煤。第七，煤流流至刮板機(jī)機(jī)頭。第八，轉(zhuǎn)載機(jī)啟動。第九，破碎機(jī)啟動。第十，順槽皮帶機(jī)啟動。第十一、煤流流至順槽皮帶機(jī)的機(jī)頭。第十二，主井皮帶機(jī)啟動。第十三，結(jié)束啟動。

啟動計劃的實現(xiàn)手段:將煤流監(jiān)測裝置安裝到皮帶機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板輸送機(jī)上的合適地方，還利用控制器，來啟動控制輸送設(shè)備，圖3就是其具體的示意圖。

圖3 煤流監(jiān)測及啟動控制示意圖

基于之前運輸系統(tǒng)的逆煤流一鍵啟動來實施改進(jìn)，促進(jìn)其逆、順煤流能夠?qū)σ绘I啟動適應(yīng)得以實現(xiàn)，將有煤監(jiān)測點安全到皮帶機(jī)上，數(shù)量是3個，除第一級皮帶機(jī)之外，每個有煤監(jiān)測點所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)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(shù)設(shè)置到有煤監(jiān)測點中，避免其中一個監(jiān)測點不起作用，前一級皮帶沒有開機(jī)而導(dǎo)致堆煤事故發(fā)生。

在未將啟動順煤流信號發(fā)出之前，要先檢測全部輔助設(shè)備，全部輔助設(shè)備在正常之后，在對啟動按鈕進(jìn)行按動，主控制器要檢測全部有煤監(jiān)測點，不管哪個監(jiān)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(jiān)測點有故障發(fā)生，上級連同本級皮帶就會逆煤流啟動。別的皮帶則轉(zhuǎn)換成順煤流啟動。

將有煤監(jiān)測點設(shè)置到皮帶機(jī)中，且數(shù)量是3 個，這3個對應(yīng)的作用為1#監(jiān)測點在將有煤檢測到時，就將啟動指令發(fā)送給前級皮帶；2#監(jiān)測點要對上級皮帶有沒有運行進(jìn)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(jiān)測點會對順煤流開機(jī)初期，且前級皮帶無運行時，3#監(jiān)測點和2#監(jiān)測點間有沒有煤進(jìn)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(xiàn)堆煤事故。

將互鎖參數(shù)設(shè)置到3 個監(jiān)測點中，既安全又可靠，堆煤事故不會發(fā)生，將設(shè)備開機(jī)效率提高，此項目有較為新穎的構(gòu)思，較為獨特的設(shè)計，自根源來將帶式輸送機(jī)使用較長時間啟動、電能被浪費等問題進(jìn)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?qū)⒐逃袉臃绞絻?nèi)的缺點進(jìn)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(dāng)順煤流進(jìn)行開機(jī)期間，不管有沒有煤在皮帶上，皮帶上都不會出現(xiàn)堆煤，開機(jī)所用的時間比較短，空轉(zhuǎn)時間、設(shè)備磨損下降，電能節(jié)省較多，并將生產(chǎn)效率提高[4]。

3.2.2 詳細(xì)分析經(jīng)濟(jì)效益

直接經(jīng)濟(jì)效益的分析：在地面皮帶集控系統(tǒng)對逆煤流皮帶一鍵啟動時，自開啟皮帶機(jī)至開啟下運皮帶所使用的時間大概是10min左右。1d的開機(jī)次數(shù)按照3次來進(jìn)行計算（在交接班期間大約1h是不出煤的，處于停機(jī)狀態(tài)），下運皮帶的帶速、帶長、電機(jī)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(jī)功率、空載損耗分別是4m/s、3350m、4×2240kW、4×250kW·h，電能1d 就能節(jié)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(jī)功率、空載損耗分別為4m/s、68.5m、560kW、50kW·h，電能1d可以節(jié)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(jī)功率、空載損耗分別是4m/s、190m、60kW×2、2×50kW·h，電能1d可以節(jié)省195kW·h。

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

間接經(jīng)濟(jì)效益的分析：通過逆煤流來將皮帶啟動時，自開啟皮帶機(jī)至開啟下運皮帶所使用的時間大概是10min左右；當(dāng)將順煤流啟動主運皮帶系統(tǒng)時，1d的開機(jī)次數(shù)按1 次計算，開啟皮帶的時間1d 就能節(jié)省10min，根據(jù)工作面1h 可以生產(chǎn)1500t 原煤，那么1d 就能將原煤產(chǎn)量提高205t，那么1 個月就能提高7500t，1年就能提高90000t，依據(jù)1t 原煤400 元計算，那么1 年所提高的經(jīng)濟(jì)效益大概在3600萬元左右。

4 結(jié)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(shè)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(jī)當(dāng)作主運輸系統(tǒng)不間斷運輸?shù)南催x、礦山生產(chǎn)等，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，非常值得推廣。

通過對該計劃進(jìn)行論證、理論計算與調(diào)研得知，該技術(shù)是可以實施的，可在給定調(diào)速參數(shù)、給定設(shè)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(shù)、輸入?yún)?shù)等方面的實際狀況來校正。