余 曦

（重慶能投渝新能源有限公司打通一煤礦， 重慶 綦江 401445）

引言

多臺皮帶連續(xù)化運輸采用順煤流啟動方式，可以從最后一臺皮帶先啟動，當煤炭到達機頭設(shè)定位置后，逐臺啟動前級皮帶。這種啟動方式既節(jié)能，又可減少設(shè)備的磨損，同時增加設(shè)備的使用壽命，縮短拉運煤炭的時間，提高運輸?shù)馁|(zhì)量，是煤礦長距離皮帶運輸系統(tǒng)最顯著的經(jīng)濟效益體現(xiàn)[1]。

1 煤礦概況

目前我礦運煤系統(tǒng)主要集中在11號層皮帶巷，共有4臺皮帶連續(xù)運輸，分別是11號層強力皮帶、落地一臺皮帶、落地二臺皮帶、西區(qū)皮帶下山強力皮帶，全長共3 275 m，其中前三臺長度2 500 m。現(xiàn)目前多臺皮帶連續(xù)運輸?shù)膯臃绞讲捎媚婷毫鲉?，即每次拉煤順序?1號層強力皮帶→落地一臺皮帶→落地二臺皮帶→西區(qū)皮帶下山→給煤機，這種啟車控制方式的缺點主要有以下幾點：

1）前三臺皮帶逆煤流啟車存在一段時間空負荷運行，距離越遠空負荷運行時間越長，其中每一次啟車11號層強力皮帶空載運行時間11 min，落地一臺皮帶空載運行8 min，落地二臺皮帶空載運行5 min。

2）皮帶每天空負荷運行做出無用功，即浪費電力，又增加了皮帶的磨損，將縮短設(shè)備的使用壽命[2]。

3）每當給煤機被堵時，只能按照逆煤流啟動方式將前面皮帶全部開啟，才能夠處理煤倉堵塞問題。若長時間開啟皮帶來處理煤倉堵塞，則容易將水拉入中央煤倉，增加煤炭的含水量造成皮帶打滑。若不啟動皮帶處理煤倉堵塞，則處理煤倉下來的煤炭又無法拉出，如單獨啟動給煤機下的皮帶（西區(qū)皮帶下山強力皮帶）則必須要派人現(xiàn)場調(diào)節(jié)到近控方能操作，將增加處理給煤機堵塞的處理成本。

4）增加了設(shè)備的檢修維護成本費用。

2 皮帶順煤流啟動技術(shù)淺析

皮帶順煤流啟動主要有兩大類：一類是傳統(tǒng)式的機械行程觸點控制啟動順煤流，另一類是采用軟件PLC程序加模擬量傳感器控制實現(xiàn)啟動順煤流。

傳統(tǒng)式的機械行程觸點控制啟動順煤流其工作原理是在最后一臺皮帶機頭安裝一個傳感器，并將傳感器的觸點接入上級皮帶開關(guān)的控制系統(tǒng)中。當最后一臺皮帶煤炭拉入機頭碰觸到傳感器，傳感器開關(guān)量的閉合就會給上級皮帶啟車提供信號，以此來啟動上臺皮帶的運行，依次類推直到第一臺皮帶[3]。

這種控制方式在正常運輸煤炭的情況下是能夠?qū)崿F(xiàn)，但是，當前臺皮帶出現(xiàn)故障或者傳感器出現(xiàn)故障等遇到其他故障問題時，上級皮帶如若無反饋信號給本臺皮帶停車，就容易導(dǎo)致本臺皮帶機頭出現(xiàn)堆煤事件。并且開關(guān)量傳感器使用不可靠，長時間碰撞后容易接點接觸不好，就更容易出現(xiàn)失誤，例如我礦西區(qū)皮帶下山強力皮帶運行速度3.15 m/s，如出現(xiàn)堆煤后靠皮帶的堆煤保護動作，其動作至少在5 s以上，機頭堆煤至少4 t以上，并且該問題具有處理難度大、影響時間長和勞動強度加大等困難。因此，這種順煤流啟動運行方式無法得到可靠的保障。

采用軟件PLC程序加模擬量傳感器控制實現(xiàn)啟動順煤流，其工作原理是封鎖原逆煤流控制方式的全頻信號，在每臺皮帶機頭安裝一個模擬量傳感器，當煤炭到達設(shè)定位置，通過模擬量傳感器的感應(yīng)，給PLC一個輸入信號，驅(qū)動前臺皮帶運行；考慮到皮帶啟動有預(yù)警，因此，在PLC程序內(nèi)設(shè)定25 s的反饋時間中，當前臺皮帶沒有開啟時，可以給本臺皮帶反饋信號直接停車，防止煤炭過機頭出現(xiàn)堆煤事故的發(fā)生，待每臺設(shè)備運行正常后，上級皮帶和下臺皮帶投入全頻信號，便可恢復(fù)皮帶的聯(lián)鎖功能；當所有皮帶正常運行后，其就和原逆煤流的方式一樣，所有的保護功能都將齊全并可以正常使用，包括皮帶的聯(lián)鎖保護。

采用這種控制方式的優(yōu)勢主要以下幾點：第一，傳感器檢測可靠，提高設(shè)備的可靠性；第二，程序內(nèi)部設(shè)定信號反饋時間，如發(fā)生異常情況前臺未起機，能夠直接將本來皮帶在煤炭未過機頭位置時自動停運本臺皮帶，防止堆煤事故發(fā)生；第三，當給煤機出現(xiàn)堵塞時，能夠單獨啟動給煤機正下方的皮帶機（西區(qū)皮帶下山強力皮帶），無需要將前級所有皮帶啟動或單獨安排人員到現(xiàn)場將控制開關(guān)進行調(diào)整，能夠保證處理堵塞的水不進入中央煤倉，同時也能節(jié)約電量、減小設(shè)備磨損及人員投入；第四，保護功能齊全，既能夠順煤流運行也能夠逆煤流運行，并且能夠投入聯(lián)鎖保護及皮帶系統(tǒng)本身應(yīng)有的保護[4]。

2.1 功能、技術(shù)要求

1）能夠?qū)崿F(xiàn)順煤流控制，先啟動最后一臺皮帶，當煤炭到達機頭時，逐臺啟動前級皮帶。

2）當前級皮帶未開啟時，自動停運本臺皮帶，并不會出現(xiàn)堆煤故障。

3）每臺皮帶正常運行后，對應(yīng)皮帶的聯(lián)鎖保護正常，每臺皮帶的保護工作正常。

4）能夠順煤流和逆煤流轉(zhuǎn)換，當皮帶運行中途突然停電后，能夠采用逆煤流啟動方式開車。

5）根據(jù)每臺皮帶的運行速度，確定傳感器的安裝位置，保證在前級皮帶未開啟時，反饋的信號能夠停運本臺皮帶，煤炭距離機頭15 m左右停運。

6）為了防止傳感器失靈，可以在傳感器裝置上安裝2個傳感器，只要任意一個傳感器能夠感應(yīng)都能夠保證前級皮帶運行正常[5]。

2.2 皮帶順煤流啟動的選擇

根據(jù)我礦運煤系統(tǒng)的逆煤流控制方式，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上考慮兩種方案：第一種方案，不在外部增加硬件設(shè)施，直接利用PLC進行編程采用時間進行控制達到順煤流啟動；第二種方案，采用在外部增加傳感器加程序控制的方式達到順煤流啟動。

第一種方案，直接進行編程，采用時間控制存在弊端主要表現(xiàn)在：第一，既要保留原來的逆煤流啟動方式又要保證順煤流啟動方式運行，操作會發(fā)生沖突；第二，修改程序技術(shù)有限，無法正常地保證此方案能夠順利實施；第三，采用時間控制，當皮帶在運行后出現(xiàn)緊急情況，無法進行地面集控操作，必須派人到現(xiàn)場單獨操作不現(xiàn)實。

第二種方案，在啟車運行前封鎖全頻信號，機頭70 m左右位置增加一組傳感器，然后通過傳感器的感應(yīng)給前臺皮帶一個模擬信號，啟動前臺皮帶。同時，在本臺皮帶的程序上增加一個反饋信號，設(shè)定25 s的延時時間，當本來皮帶煤炭經(jīng)過傳感器后，25 s前臺皮帶未啟動，就反饋信號到本臺皮帶切斷本臺皮帶的控制，停運本臺皮帶，這種方案可以避免煤炭不過機頭就引起堆煤的現(xiàn)象。

通過兩組方案之間的對比，故決定實施第二種方案來達到順煤流啟動功能。為了調(diào)高設(shè)備的可靠性，可在第二種方案的基礎(chǔ)上在外部硬件上確保傳感器可靠，采用雙保險，即在裝置上安裝2個光電傳感器，只要其中任意一個傳感器感應(yīng)到煤炭，都可以給前級皮帶信號啟動皮帶運行[6]。

3 皮帶順煤流啟動控制的工作原理及結(jié)構(gòu)特征

3.1 工作原理

封鎖原逆煤流運行的所有皮帶全頻信號，讓聯(lián)鎖保護暫不投入使用，同時在除煤倉口的皮帶外其余連臺皮帶的機頭安裝一個光電感應(yīng)傳感器來接收煤炭到點的信號（傳感器的位置直接根據(jù)皮帶的運行速度，現(xiàn)場調(diào)試，確保煤炭在反饋信號25 s內(nèi)不過機頭，大概在75 m左右），當煤炭到點觸碰傳感器動作，給前臺皮帶一個啟車信號讓前臺皮帶啟動，再修改每臺皮帶的反饋信號點，設(shè)定25 s的時間。當傳感器動作25 s后，前臺皮帶未啟動就反饋信號到本臺皮帶直接停機本臺，避免因前臺皮帶未啟動導(dǎo)致本來皮帶未停機而發(fā)生的堆煤事件。同時在前臺皮帶啟動后，就應(yīng)投入前臺皮帶和本來皮帶的聯(lián)鎖保護，確保保護可靠運行，以此類推，逐臺啟動，保證順煤流正常運行。如遇見突然停機等異常情況，皮帶上存有大量煤炭，可以直接在集控室上位機電機切除順煤流控制操作，采用逆煤流啟動控制方式逐臺啟動。

3.2 結(jié)構(gòu)特征

煤礦井下運煤系統(tǒng)順煤流系統(tǒng)的組成：由多臺連續(xù)皮帶、上位機、環(huán)網(wǎng)、KJD5控制箱、光電傳感器和相關(guān)通信線等組成。

4 皮帶順煤流啟動控制的技術(shù)特征

1）能夠?qū)崿F(xiàn)順煤流控制方式逐臺啟動。

2）當前臺皮帶未啟動，本臺皮帶能夠檢測到反饋停運本來皮帶運行。

3）順煤流啟動前，封鎖多臺連續(xù)皮帶的聯(lián)鎖保護。

4）當皮帶運行正常后，投入聯(lián)鎖保護。

5）能夠順煤流和逆煤流控制方式切換，防止異常情況多臺皮帶重負荷載煤。

5 皮帶順煤流啟動的使用情況

從2016年9月份開始，我礦采用傳感器加PLC程序內(nèi)部控制實現(xiàn)順煤流啟動，并積極進行了傳感器的裝置加工與程序的內(nèi)部修改，以及上位機組態(tài)王的修改，總共利用四天的時間在11號層對每臺皮帶進行傳感器的安裝，程序的調(diào)試，上位機組的修改設(shè)定等工作。于2016年10月20日調(diào)試成功開始試運行，截止目前2018年5月21日，期間對設(shè)備運行進行觀察，均能可靠達到最初效果，實現(xiàn)了順煤流啟動控制方式[7]。

實現(xiàn)了順煤流啟動控制方式，可減少前級皮帶的空負荷運轉(zhuǎn)時間。每一次啟車11號層強力皮帶節(jié)約空載運行時間11 min，落地一臺皮帶節(jié)約空載運行時間8 min，落地二臺皮帶節(jié)約空載運行 5 min，平均節(jié)約電量（480×11+180×8+180×5）×0.7/60=88.9 kWh，每天按照啟車4～5次，平均每月節(jié)約能耗4.5×30×88.9=12 001.5 kWh，每月節(jié)約電費12 001.5×0.693=8 317元，每年節(jié)約費用99 804元。

6 結(jié)語

礦井應(yīng)用皮帶順煤流啟動技術(shù)運輸系統(tǒng)經(jīng)實踐證明：各項性能良好，均達到設(shè)計要點，實現(xiàn)了煤礦機電一體化的管理及應(yīng)用。我礦自應(yīng)用配套大功率、大運量、長距離、大傾角帶式輸送機電一體化技術(shù)后取得了理想成績，極大地提升了我礦煤礦生產(chǎn)的綜合實力，為實現(xiàn)高效、安全、潔凈、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的煤炭工業(yè)改革打下了扎實的基礎(chǔ)。

[1]杜少敏，于文博，王榮泉.動態(tài)分析技術(shù)在帶式輸送機中間驅(qū)動改造中的應(yīng)用[J].煤礦機械，2017（11）：123-125.

[2]王偉發(fā).機電一體化技術(shù)在煤礦機械中的應(yīng)用[J].煤炭科技，2017（1）：85-86.

[3]王平權(quán).機電一體化技術(shù)在煤礦企業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用及發(fā)展研究[J].商品混凝土，2013（5）：23-24.

[4]楊強.論機電一體化技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用[J].民營科技，2014（5）：44-46.

[5]馮璐.論機電一體化技術(shù)在煤礦中的運用[J].煤炭技術(shù)，2013（9）：55-56.

[6]王孝鋒，歐陽利勇.當前礦山生產(chǎn)中機電一體化技術(shù)的應(yīng)用探討[J].世界有色金屬，2017（19）：66-67.

[7]張然.機電一體化技術(shù)在煤炭企業(yè)中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢[J].黑龍江科技信息，2017（4）：11-13.