張國棟

（山西大同同煤集團馬脊梁礦皮帶三隊，山西 大同 037027）

1 工程背景

同煤集團馬脊梁礦位于大同市西部邊緣40km處，已有70年的開采歷史，經(jīng)多次技術(shù)改造當(dāng)前礦井設(shè)計能力為180萬t/a。近年來，以礦井綜合自動化為主導(dǎo)和以信息技術(shù)為引領(lǐng)的數(shù)字化礦山建設(shè)突飛猛進(jìn)。同煤集團馬脊梁礦井下膠帶運輸系統(tǒng)承擔(dān)著礦井原煤外運任務(wù)，具有戰(zhàn)線長、用人多、崗位分散但關(guān)聯(lián)性強、邏輯關(guān)系清晰等特點，更加適合“兩化”融合，搶先一步向著信息化、智能化、可視化、集中加分布式控制化的方向發(fā)展是大勢所趨。因此，集遠(yuǎn)程控制、實時保護(hù)、運行監(jiān)視于一體的膠帶集中控制系統(tǒng)應(yīng)運而生，在馬脊梁礦井下膠帶運輸系統(tǒng)中進(jìn)行了實踐應(yīng)用。

2 膠帶集控實施方案及系統(tǒng)

2.1 總體方案

根據(jù)馬脊梁礦井下主運膠帶和煤倉分布情況，結(jié)合其運量大小、關(guān)聯(lián)關(guān)系，大體劃分為強力膠帶單元、西翼膠帶單元和南翼膠帶單元共計三個集控單元，涵蓋主井膠帶、千米膠帶、南翼一部、二部膠帶、卸載坑膠帶和西翼倉下膠帶共計六部膠帶。剩余三部膠帶由于服務(wù)年限較短，考慮投入與產(chǎn)出比，暫未納入集控系統(tǒng)。

三個集控單元中各布置主控箱一臺，以實現(xiàn)膠帶開停關(guān)聯(lián)關(guān)系。每部膠帶配就地控制箱一臺，以實現(xiàn)檢修狀態(tài)下閉鎖、正常狀態(tài)下聯(lián)鎖和故障狀態(tài)下就地操控。每部膠帶每10m設(shè)置緊急停車裝置一個，通過沿線急停拉線，實現(xiàn)急停功能。每部膠帶每200m設(shè)置語音對講裝置一個，實現(xiàn)集控中心與巡檢人員信息溝通、遠(yuǎn)程啟車語音播報功能。每部膠帶配置跑偏保護(hù)、煙霧保護(hù)、溫度保護(hù)、打滑保護(hù)、電流監(jiān)測、淤煤保護(hù)裝置一套，保證膠帶非正常運行狀態(tài)自動停車。集控中心布置大屏幕電視墻一面、語音通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)一套，為集控中心提供足夠的信息及參數(shù)，以便準(zhǔn)確判定操作結(jié)果、直觀監(jiān)視運行狀態(tài)、指揮巡檢工實時干預(yù)。井下每部膠帶機頭、機尾適當(dāng)位置安裝防爆攝像機一臺，實時反饋視頻信息所有視頻、音頻及系統(tǒng)運行參數(shù)，通過井下環(huán)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳，指揮中心后臺設(shè)置音頻、視頻及參數(shù)解碼器，將上傳信息分類顯示。

2.2 方案實施

2.2.1 集控中心方案實施

集控中心與生產(chǎn)調(diào)度指揮中心及瓦斯監(jiān)測中心“三合一”更有利于生產(chǎn)指揮、事故處理、安全監(jiān)測，更有利于全面了解和掌握井下生產(chǎn)現(xiàn)場實時動態(tài)，因此對原生產(chǎn)調(diào)度指揮中心進(jìn)行了擴建。新建指揮中心長14m、寬10m、高4.5m，布置大屏幕電視墻一面，長4.8m、寬1.2m操作臺兩個，配置電腦10臺，座椅8套。

指揮中心大屏幕電視墻采用4×11布置格局，用于顯示生產(chǎn)現(xiàn)場視額信息、膠帶集控信息和瓦斯監(jiān)測信息、提升系統(tǒng)信息等眾多與生產(chǎn)現(xiàn)場相關(guān)的實時信息。另外布置LED顯示屏一塊，用于滾動顯示生產(chǎn)信息網(wǎng)自動生成的實時信息。

2.2.2 井下現(xiàn)場方案實施

集控中心所能獲得的信息，全部來自于井下現(xiàn)場。以第一單元為例，布置主控制器一臺，用于兩部膠帶聯(lián)鎖和信息參數(shù)收集、調(diào)制、上傳；布置智能輸入輸出一臺，用于判斷各保護(hù)裝置動作情況并實時控制膠帶停車；沿線每100m布置閉鎖開關(guān)一個，用于緊急情況下現(xiàn)場停機；沿線每200m布置擴音電話一部，用于井上、井下通信聯(lián)絡(luò)；速度、溫度、煙霧、跑偏、堆煤保護(hù)傳感器用于監(jiān)測膠帶運行狀態(tài)，非正常狀態(tài)自動停車。其他單元與此類似。集控設(shè)備及保護(hù)裝置布置如圖2所示。

圖2 集控設(shè)備及保護(hù)裝置布置圖

2016年9月底，設(shè)備到貨后，在廠家技術(shù)指導(dǎo)下開始對井下部分實施安裝。為確保新技術(shù)能夠在短時間內(nèi)吸收融化，采取了以下措施：（1）從電工中選拔技術(shù)嫻熟、有積極進(jìn)取心、接收新知識、新技術(shù)能力強的人員擔(dān)當(dāng)安裝工；（2）要求邊干、邊學(xué)，安裝完畢基本搞懂膠帶集控系統(tǒng)各類設(shè)備性能、故障判斷方法及設(shè)備之間內(nèi)在關(guān)系；（3）安裝結(jié)束后，通過考試擇優(yōu)選拔集控中心操作人員，并實行“一崗雙責(zé)”，既能擔(dān)當(dāng)集控司機，又能勝任系統(tǒng)維護(hù)工作。受上述措施的激勵，多數(shù)安裝人員迅速掌握了KTC101膠帶控制系統(tǒng)主控箱、保護(hù)、閉鎖、擴音電話等設(shè)備之間的內(nèi)在聯(lián)系。

3 系統(tǒng)核心技術(shù)分析

（1）KTC101集分布式控制和現(xiàn)場總線控制于一身，采用CAN總線技術(shù)，從而使系統(tǒng)單總線無中繼最長距離達(dá)到4km。

（2）抗干擾能力強。CAN總線采用兩芯雙絞線進(jìn)行數(shù)據(jù)的差分平衡傳輸，這極大抑制了共模干擾對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?。對某些使用單一芯線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)來講，共模干擾始終是困擾其數(shù)據(jù)通信的問題。

（3）系統(tǒng)是集通信、控制、保護(hù)、狀態(tài)顯示、啟停車報警等功能于一身的先進(jìn)控制系統(tǒng)，程序界面美觀、逼真、立體感強，報警顯示功能強大，可以實現(xiàn)地面監(jiān)控中心遠(yuǎn)程控制及狀態(tài)顯示、多點閉鎖和閉鎖點位置顯示、非正常運行狀態(tài)中報警顯示等功能。

（4）系統(tǒng)的工作方式可設(shè)置為集控、就地、檢修、點動，實現(xiàn)了對井下三個單元膠帶的就地控制和地面監(jiān)控中心的遠(yuǎn)程控制功能。

（5）實現(xiàn)正常狀態(tài)下聯(lián)鎖、檢修狀態(tài)下閉鎖和故障狀態(tài)下就地操控。設(shè)備聯(lián)鎖時，實現(xiàn)逆煤流啟車、順煤流停車。當(dāng)井下膠帶進(jìn)入檢修狀態(tài)時，現(xiàn)場人員會將膠帶閉鎖，設(shè)備之間的聯(lián)鎖關(guān)系取消，集控中心遠(yuǎn)程啟車功能被暫停，從而確保檢修人員安全。

（6）膠帶系統(tǒng)安裝完備的保護(hù)裝置，實現(xiàn)煙霧、堆煤、縱撕、跑偏、環(huán)境溫度、速度、超溫灑水、煤倉煤位等保護(hù)，保證膠帶非正常運行狀態(tài)自動報警停車。

（7）系統(tǒng)中還配彩色網(wǎng)絡(luò)攝像機、語音通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)，為集控中心提供足夠的信息及參數(shù)，實現(xiàn)井下無人值守，有人巡視。集控中心人員直觀監(jiān)視運行狀態(tài)、遠(yuǎn)程操作并指揮巡檢工、實時干預(yù)集控中心人員與巡檢人員，溝通互動方便快捷，更有利于安全生產(chǎn)。

（8）通過井下環(huán)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳，實現(xiàn)信息網(wǎng)絡(luò)共享。

（9）集控中心能夠看到的所有信息，在局域網(wǎng)內(nèi)任一計算機上都可以看到，極大地方便了礦各級管理人員了解出煤系統(tǒng)運行狀態(tài)，對生產(chǎn)組織指揮起到了積極的促進(jìn)作用。

（10）組合擴音電話及電纜沿膠帶架子平行鋪設(shè)，使用專用的安裝板和電纜鉤進(jìn)行固定，設(shè)備的連接采用快速連接插頭方式，安裝簡單方便，易維護(hù)，極大地減少了設(shè)備故障處理的時間，保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟效益

（1） 節(jié)電效益分析

礦井輸送機采用集中控制技術(shù)后，可實現(xiàn)無煤自動停機，從而減少電耗。按每部輸送機無煤空運轉(zhuǎn)每天合計1h，礦現(xiàn)使用6臺膠帶輸送機（總功率為1870kW），電費按0.5元/kW·h計算，那么每年可節(jié)約電耗費用為：

1870×1×0.5×360=33.66 萬元 /年

（1）節(jié)省人工成本

系統(tǒng)安裝后，可實現(xiàn)自動控制，每天可節(jié)省員工18人，每人每年各種費用按10萬元計算，那么每年可節(jié)省費用為：

18×10=180萬元/年

兩項合計為：33.66+180=213.66萬元/年。

4.2 安全效益

膠帶集控技術(shù)的應(yīng)用提高了該礦運輸設(shè)備的現(xiàn)代化水平和管理水平，使全礦井主運輸送帶的運行情況一目了然，實現(xiàn)工藝參數(shù)動態(tài)管理，有效地提高了設(shè)備運行的安全性，同時及時排除設(shè)備故障，降低設(shè)備事故率，使管理者準(zhǔn)確指揮生產(chǎn)，減少決策失誤。

4.3 社會效益

集遠(yuǎn)程控制、實時保護(hù)、運行監(jiān)測于一體的膠帶集中控制系統(tǒng)的運行，充分體現(xiàn)出信息化與工業(yè)化深度融合帶來的極大益處。不僅使礦井管理水平再上一個新臺階，而且膠帶集控系統(tǒng)以其先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和齊全可靠的保護(hù)功能為礦井安全生產(chǎn)、組織指揮提供了可靠的保障。

5 結(jié)語

同煤集團馬脊梁礦井下膠帶集中控制系統(tǒng)的應(yīng)用是該礦走向數(shù)字化礦山建設(shè)的重要組成部分，是實現(xiàn)綜合集成應(yīng)用的重大轉(zhuǎn)變，有效地提高了該礦集約化和管理現(xiàn)代化的水平，使得煤礦領(lǐng)域信息技術(shù)應(yīng)用進(jìn)一步深化。馬脊梁礦井下膠帶集中控制系統(tǒng)的成功應(yīng)用為同煤集團井下皮帶機集控系統(tǒng)的推廣提供了經(jīng)驗。