崔志強(qiáng)

（山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司常村煤礦，山西 長治 046000）

皮帶運(yùn)輸作為井下運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵環(huán)節(jié)，其工作性能的高低直接影響到礦井生產(chǎn)能力和工作人員的人身安全。因此對運(yùn)輸系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)測和故障預(yù)警，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，已成為當(dāng)前穩(wěn)定運(yùn)輸機(jī)性能的重要手段[1-2]。本文基于常村礦井下帶式運(yùn)輸機(jī)故障頻發(fā)、處理措施滯后等問題，提出構(gòu)建運(yùn)輸機(jī)監(jiān)測與故障預(yù)警系統(tǒng)，集中解決處理礦井皮帶速度、跑偏等多種問題，提高礦井運(yùn)輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1 工程背景

常村礦所采3#煤層均厚5.85m，煤層傾角0°～7°，埋藏深度為 453.2～517.7m 之間。目前礦井共有23部主運(yùn)輸皮帶機(jī)，其中+520水平15部，+470水平8部。

井下皮帶常見問題主要有以下幾個(gè)方面：（1）皮帶速度3.15m/s，超速保護(hù)動作在115%～120%范圍內(nèi)，低速保護(hù)動作在50%～60%之間；（2）皮帶跑偏每天都會發(fā)生，工作人員發(fā)現(xiàn)處理滯后；（3）皮帶縱向撕裂每年會有1次；（4）由于堆煤傳感器為水銀式，所以平均每天都會誤動作。

2 皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)總體監(jiān)控方案

當(dāng)下礦井皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)控制方式多樣，常用有PLC控制方式、繼電器控制方式、單片機(jī)控制方式和工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制方式等[3]。

在上述控制系統(tǒng)中，使用PLC控制方式更加有利：（1）繼電器控制方式穩(wěn)定性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，而且不利于后期維修整改；（2）單片機(jī)控制方式開發(fā)難度高，使用復(fù)雜，安裝困難；（3）工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制方式成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，快速安裝部署困難[4]。

井下PLC裝置主要采用日本三菱的FX2N系列[5]。通過該系統(tǒng)，主站可以向從站發(fā)送指令，實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理各個(gè)皮帶運(yùn)輸機(jī)。當(dāng)皮帶運(yùn)輸發(fā)生故障時(shí)，控制系統(tǒng)能夠及時(shí)關(guān)停皮帶運(yùn)輸機(jī)，并基于故障進(jìn)行預(yù)警，同時(shí)判定故障，跟蹤位置。同時(shí)為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)配備兩臺上位控制主機(jī)，避免單臺主機(jī)故障，系統(tǒng)崩潰的情況，從而保證地面監(jiān)控中心監(jiān)控的實(shí)時(shí)性和全面性。其中PLC接線圖具體如圖1所示。

圖1 PLC接線示意圖

3 皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)異常識別及監(jiān)測

皮帶狀態(tài)異常識別監(jiān)測通過基于相關(guān)傳感電路，實(shí)現(xiàn)對皮帶運(yùn)輸速度、皮帶跑偏、電機(jī)溫度等多因素的預(yù)警。本文基于礦井皮帶運(yùn)輸實(shí)際問題，針對性地對皮帶速度、皮帶跑偏和堆煤等多發(fā)問題進(jìn)行敘述。

3.1 皮帶運(yùn)輸速度

皮帶運(yùn)輸速度異常主要是由皮帶轉(zhuǎn)速異常和電機(jī)轉(zhuǎn)矩異常導(dǎo)致，因此對兩者的監(jiān)測質(zhì)量的高低直接影響對皮帶運(yùn)輸速度問題的處理。

井下采用GSC6-SC速度傳感器，并將其安裝在皮帶上，通過監(jiān)測皮帶運(yùn)行函數(shù)實(shí)現(xiàn)皮帶速度信息采集。

電機(jī)轉(zhuǎn)矩監(jiān)測采用CQG傳感器，裝置首先對電機(jī)與負(fù)載轉(zhuǎn)動過程中的脈沖相位差進(jìn)行采集，然后計(jì)算推導(dǎo)出電機(jī)轉(zhuǎn)軸的扭矩，傳感器的監(jiān)測結(jié)構(gòu)示意圖具體如圖2所示。

圖2 電機(jī)扭矩監(jiān)測結(jié)構(gòu)示意圖

在應(yīng)對皮帶速度問題時(shí)，基于前述因素的監(jiān)測，通過有效整合和分析處理皮帶運(yùn)輸?shù)漠惓Ｌ卣鳎缓笮纬上鄳?yīng)的控制策略，最后發(fā)布質(zhì)量傳達(dá)各個(gè)作業(yè)面進(jìn)行處理。具體流程如圖3所示。

圖3 皮帶速度監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)作流程

3.2 皮帶跑偏

井下采用KPT跑偏開關(guān)對皮帶跑偏進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)警，該裝置被安裝在皮帶運(yùn)輸機(jī)的機(jī)頭處，能夠?qū)ζлp微跑偏和嚴(yán)重跑偏進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)發(fā)生跑偏問題時(shí)，裝置發(fā)出報(bào)警，方便工作人員及時(shí)處理和維修，增強(qiáng)了對皮帶傳輸?shù)谋Ｗo(hù)能力。

3.3 皮帶堆煤

堆煤現(xiàn)象一般發(fā)生在皮帶運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭位置。堆煤監(jiān)測的實(shí)質(zhì)就是利用傳感器實(shí)時(shí)檢驗(yàn)皮帶機(jī)機(jī)頭煤堆。井下采用GUD-330-D堆煤傳感器，并將其主要安裝在機(jī)頭溜煤眼和皮帶搭接位置。當(dāng)煤堆高度達(dá)到限定高度時(shí)會觸發(fā)傳感器，煤堆與裝置探頭形成回路，此時(shí)傳感器內(nèi)部報(bào)警線路工作，皮帶也相應(yīng)停止。傳感器工作原理具體如圖4所示。

圖4 堆煤傳感器監(jiān)測原理

4 地面監(jiān)控系統(tǒng)

前述機(jī)電裝置構(gòu)建了皮帶運(yùn)輸機(jī)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)，監(jiān)測所得數(shù)據(jù)需實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地反饋到地面監(jiān)控中心進(jìn)行處理，進(jìn)而進(jìn)行后續(xù)的決策與工作部署。因此地面監(jiān)控系統(tǒng)的質(zhì)量直接關(guān)系到皮帶運(yùn)輸機(jī)的穩(wěn)定、維護(hù)等一系列程序工作。

在地面皮帶區(qū)域安置有2臺上位主機(jī)，避免故障造成的系統(tǒng)癱瘓，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，上位主機(jī)輔助裝置有視頻分配裝置、視頻光接收裝置以及服務(wù)器等，同時(shí)為了便于監(jiān)視，監(jiān)控中心采用液晶顯示器實(shí)時(shí)顯示皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸狀態(tài)。通過上述裝置的使用，可以達(dá)到對井下皮帶運(yùn)輸機(jī)狀態(tài)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與故障預(yù)警，同時(shí)能夠查詢歷史記錄，結(jié)合過往數(shù)據(jù)，為相關(guān)決策提供依據(jù)。

上述系統(tǒng)于2018年6月5日投入使用，已運(yùn)行近11個(gè)月?；谏鲜鱿到y(tǒng)，皮帶速度問題得到有效解決，較系統(tǒng)應(yīng)用前發(fā)生頻率降低了約34%；皮帶跑偏得到及時(shí)治理，在系統(tǒng)運(yùn)行期間，嚴(yán)重跑偏未再發(fā)生，輕微跑偏發(fā)生頻率降低了約27%；皮帶縱向撕裂未再發(fā)生；堆煤誤操作情況發(fā)生頻率降低了約45%。需要說明的是，以上未應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)的事故頻率采集時(shí)間為2017年6月1日至2018年4月30日，應(yīng)用系統(tǒng)事故頻率統(tǒng)計(jì)時(shí)間為2018年6月5日至2019年4月30日。

5 結(jié)論

本文基于常村礦井下帶式運(yùn)輸機(jī)故障頻發(fā)、處理措施滯后等問題，針對性地提出了井下皮帶運(yùn)輸機(jī)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，從系統(tǒng)控制裝置選用及方案配置、皮帶運(yùn)輸機(jī)傳感裝置的原理及作用、地面監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控預(yù)警等多個(gè)方面進(jìn)行闡述。該系統(tǒng)經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證，在保證皮帶運(yùn)輸機(jī)正常作業(yè)的情況下，降低了故障發(fā)生頻率，為礦井的安全運(yùn)輸?shù)於嘶A(chǔ)。