康志華

（山西西山晉興能源有限責(zé)任公司斜溝煤礦 山西興縣033299）

斜溝煤礦井下原煤生產(chǎn)運輸主要采用帶式輸送機，承擔(dān)著全年1 500萬噸原煤運輸任務(wù)，是全礦生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著斜溝煤礦開采的深入，井下運輸皮帶的距離和數(shù)量都在增加，當(dāng)前已經(jīng)形成較大規(guī)模。傳統(tǒng)的帶式輸送機人員操作環(huán)節(jié)多，巡視檢修耗費時間長，占用了礦井生產(chǎn)大量的人力、物力，還有較高的安全風(fēng)險，因此在2019年對斜溝煤礦主運輸皮帶機進行了集中控制系統(tǒng)的升級改造，達到了預(yù)期效果。

1 斜溝煤礦原煤主運輸系統(tǒng)概況及存在的問題

1.1 斜溝煤礦主運輸系統(tǒng)概況

斜溝煤礦的井下基本采掘布局分為上、下兩個水平，其運輸系統(tǒng)主要采用的是帶式輸送機，其中上水平及地面固定輸送帶共10條，水平及地面固定輸送帶共6條。上水平11采區(qū)下運帶式輸送機服務(wù)11采區(qū)，12采區(qū)上運帶式輸送機服務(wù)12采區(qū)，+700北翼一部、二部、三部帶式輸送機及15采區(qū)下運帶式輸送機服務(wù)小井15采區(qū)，+700南翼帶式輸送機服務(wù)正在開拓的13采區(qū)。五路集中帶式輸送機將四個采區(qū)采掘面生產(chǎn)的原煤運輸至8#煤井底煤倉，再經(jīng)1#主斜井強力帶式輸送機運輸至1#上倉帶式輸送機，最后經(jīng)1#上倉刮板輸送機運輸至地面原煤倉。下水平21采區(qū)下運帶式輸送機服務(wù)21采區(qū)，將21采區(qū)采掘面生產(chǎn)的原煤運輸至13#煤井底煤倉，再經(jīng)2#主斜井強力帶式輸送機運輸至2#上倉帶式輸送機，最后經(jīng)2#上倉刮板輸送機運輸至地面原煤倉。斜溝煤礦的兩個水平原煤煤流示意圖1和圖2所示：

圖1上水平皮帶運輸結(jié)構(gòu)示意圖

圖2下水平皮帶運輸結(jié)構(gòu)示意圖

從圖1和圖2可以看出，斜溝煤礦的主運輸系統(tǒng)2 500 m以上的輸送皮帶有8條，特別是+640北翼皮帶的運輸距離達到了6 350 m，屬于超長距離運輸。11盤區(qū)皮帶、25盤區(qū)皮帶、21盤區(qū)皮帶等高差都在300 m以上，都屬于大高差運輸，當(dāng)輸送煤炭時需要制動停車時，會造成運輸設(shè)備震動幅度較大，為了克服下滑力選用了液粘粘性軟啟動裝置和液壓盤式制動器的成套控制技術(shù)作為其減速制動系統(tǒng)，液壓盤式制動器克服該下運帶式輸送機的下滑力，同時與液粘軟啟動裝置配合使用，以適應(yīng)該大型下運帶式輸送機的重載斷電停車制動、重載停車后的重載啟動、重載正常制動停車、空載啟動等各種復(fù)雜工況，實現(xiàn)可靠啟動、制動和安全保護，但是對這些重點區(qū)域的皮帶運輸情況、減速制動裝置的運行狀態(tài)和造成的設(shè)備損壞又很難發(fā)現(xiàn)[1]。往往又很難巡視和監(jiān)控。綜合來看斜溝煤礦的主運輸系統(tǒng)具有距離長、數(shù)量多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點，特別是長運距皮帶較多，在日常操作、巡視、維護上具有較高困難。

1.2 斜溝煤礦主運輸系統(tǒng)存在的問題

（1）目前斜溝煤礦大多數(shù)運輸皮帶已進行了PLC控制改造，能夠?qū)崿F(xiàn)獨立控制單臺主機與輔機，當(dāng)初在進行PLC改造的過程中，受限于邊生產(chǎn)邊改造條件制約，只有重點區(qū)域相鄰較近的少部分皮帶形成了局部集控，例如圖1中的1#主斜井、1#上倉及配倉刮板機已實現(xiàn)局部集控，但與井下北翼+700、11采區(qū)皮帶均和15采區(qū)等皮帶沒有集控功能，其他皮帶只是各自為陣獨立運行，造成全礦運輸控制系統(tǒng)的信息孤島，不能起到有效信息互通和連鎖控制，需完善現(xiàn)有的控制系統(tǒng)。

（2）對皮帶電機、減速器、滾筒等設(shè)備的在線檢測不完善，對于設(shè)備的在線巡監(jiān)與日常維護只停留在人工階段，以及零部件的供應(yīng)無法納入全生命周期管理。

（3）對于突發(fā)情況的應(yīng)急預(yù)案在實施集控后還沒有形成，如發(fā)生有異常聲響、異味、和皮帶著火時，倉滿、堵煤、皮帶撕裂等故障時，還沒有形成人員調(diào)配及備品備件更換流程和預(yù)案。

（4）當(dāng)前斜溝煤礦的主運輸系統(tǒng)的日常操作、運行、巡視還是以人工為主，加之斜溝煤礦的皮帶數(shù)量多、距離長，造成職工工作強度大，風(fēng)險高，因此急需引入機器人系統(tǒng)減少安全隱患，提高工作效率。

2 斜溝煤礦原煤主運輸集控系統(tǒng)升級改造

為了實現(xiàn)斜溝煤礦主運輸系統(tǒng)聯(lián)動聯(lián)控，做到減人增效，提高礦井運輸安全管控能力，我們分別對斜溝煤礦上水平的10條皮帶和下水平的6條皮帶進行了集控系統(tǒng)升級改造，主要對幾下幾個方面進行了改造

2.1 皮帶控制系統(tǒng)的升級改造

斜溝煤礦大部分的運輸皮帶已經(jīng)完成PLC控制的升級，但是還有部分順槽皮帶未安裝PLC控制及在線監(jiān)測，以及有些原來主運皮帶的PLC控制器不能滿足此次升級的雙網(wǎng)通信功能也必須進行更換。因此我們采用了KXJ127型礦用隔爆兼本安型PLC控制箱對不滿足要求的皮帶進行的升級改造。

控制箱是整個控制系統(tǒng)的核心，其內(nèi)包含SIMAT?IC S7-300系列PLC控制器（含ETH-MPI（DP）轉(zhuǎn)換器卡、DP光電轉(zhuǎn)換器）和網(wǎng)路交換機各一臺。KXJ127型PLC控制器能為運輸皮帶提供啟動、停止、復(fù)位、急停、備用等按鈕及手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，能夠完成變頻和輔助設(shè)備所有功能控制；其具有故障自診斷功能，PLC集控系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)通訊出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)能夠自動判定故障源及故障類型，并發(fā)出報警；KXJ127型PLC控制器具有1路以太網(wǎng)接口和1路DP通信接口，能夠滿足集控建設(shè)的雙網(wǎng)需求。PLC控制器與交換機結(jié)合能夠?qū)⑵л斔蜋C的所有信號、參數(shù)、監(jiān)控畫面通過萬兆光纖寬帶傳送至地面集控，斜溝煤礦皮帶PLC控制器的安裝情況如下表1所示。

表1斜溝煤礦皮帶PLC控制器安裝情況統(tǒng)計表

同時我們還對部分功能不夠完善的運輸皮帶更換了KXB127型礦用就地控制箱，其具有以太網(wǎng)通訊接口，滿足集控一體化通信需求。同時就地控制箱具有就地、集控和檢修等工作方式切換，當(dāng)集中控制時（萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)在單動或聯(lián)動位置均可），通過上位機直接實現(xiàn)電機的啟停；當(dāng)需要連接外部其他設(shè)備時，可通過“外部聯(lián)鎖”繼電器連接；當(dāng)需要急停時，可按下“急停閉鎖開關(guān)”，就地箱上的指示燈熄滅，運行的電機停止運行，滿足了集控系統(tǒng)運行后的多種模式切換需求。

為了滿足皮帶運輸控制設(shè)備和視頻監(jiān)控在失電后的應(yīng)急操作，我們對部分沒有UPS的皮帶控制系統(tǒng)增加了UPS無間斷電源，皮帶在全部實行集中監(jiān)控后現(xiàn)場將無人操作，就需要可靠電源保證應(yīng)急監(jiān)控操作。

2.2 集中控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

目前斜溝煤礦已建設(shè)完成井下寬帶光纖網(wǎng)+4G無線寬帶網(wǎng)全覆蓋（包括21主運皮帶巷、11主運皮帶巷、+700主運皮帶巷），實現(xiàn)皮帶沿線覆蓋，完全滿足皮帶通訊系統(tǒng)帶寬要求。本次集控建設(shè)增加控制DP專網(wǎng)，與以太環(huán)網(wǎng)備用方式組成控制網(wǎng)絡(luò)冗余系統(tǒng)，即PLC控制器經(jīng)DP專網(wǎng)和環(huán)網(wǎng)備用方式傳輸、視頻信息通過環(huán)網(wǎng)上傳，PLC控制器正常工作時采用DP專網(wǎng)進行傳輸控制，當(dāng)DP專網(wǎng)由于特殊原因中斷后，將切入環(huán)網(wǎng)進行傳輸控制。保障控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連續(xù)性、安全性。斜溝煤礦皮帶集控系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示

圖3斜溝煤礦皮帶集控系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

如圖3中在2#主井、21盤區(qū)和+640北翼皮帶等現(xiàn)場的PLC裝置負責(zé)各水平所有單個皮帶的PLC分控系統(tǒng)的調(diào)度指揮，每個運輸皮帶的工作參數(shù)統(tǒng)一上傳至主系統(tǒng)PLC后，主系統(tǒng)根據(jù)內(nèi)部的邏輯程序?qū)⒅噶钕逻_到各分系統(tǒng)PLC，然后驅(qū)動電機及輔助設(shè)備實現(xiàn)各部皮帶的前后聯(lián)動聯(lián)鎖。同時在PLC控制網(wǎng)絡(luò)的指令安全性上都采用了特殊的數(shù)據(jù)加密模式，系統(tǒng)上位機采用不同層級的權(quán)限登陸模式，再配合斜溝煤礦整體網(wǎng)絡(luò)平臺的防病毒入侵設(shè)備，有效防止非法入侵。

2.3 斜溝煤礦主運輸系統(tǒng)輔助設(shè)備應(yīng)用

根據(jù)各皮帶的長度和攝像頭的監(jiān)控范圍，應(yīng)用礦用隔爆型攝像儀增加了崗位上攝像頭的數(shù)量，實現(xiàn)全線監(jiān)控，全面掌握現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況[2]。礦用隔爆型攝像儀使用高清彩色網(wǎng)絡(luò)攝像頭，在井下低光環(huán)境畫面依然清晰。在井底煤倉、落煤點等煤塵大的地方安裝了本安型除塵攝像儀。所有監(jiān)控的視頻信號采用基于光纖的以太網(wǎng)傳輸，畫面流暢、無卡頓。

1#、2#倉上運輸皮帶、+700南北翼皮帶、+640皮帶為斜溝煤礦重點要害場所，引入了皮帶巡檢機器人在皮帶沿線巡視，搭載各種傳感器實時監(jiān)測值守段的環(huán)境狀況，包括：高清攝像機、瓦斯傳感器、煙霧傳感器、紅外溫度傳感器、拾音器等。

2.4 斜溝煤礦主運輸系統(tǒng)集控中心建設(shè)

全礦主運輸系統(tǒng)集控系統(tǒng)設(shè)置在礦井調(diào)度指揮中心，同時把皮帶主運輸各項功能接入調(diào)度室一體化平臺。皮帶運輸集控中心由上位機、scada軟件系統(tǒng)、交換機、數(shù)據(jù)服務(wù)器、UPS裝置等組成，其系統(tǒng)構(gòu)成情況如圖4所示。

圖4斜溝煤礦主運輸系統(tǒng)集控功能示意圖

從圖3可以看出，斜溝煤礦主運輸系統(tǒng)集控系統(tǒng)能實時看到全礦井皮帶運輸參數(shù)、故障報警情況、各類報表、各運輸皮帶實時監(jiān)控畫面、巡檢機器人的巡檢結(jié)果，各PLC裝置通信狀態(tài)以及集成的應(yīng)急管理流程和預(yù)案措施等，實現(xiàn)了礦井運輸各環(huán)節(jié)全流程監(jiān)控。皮帶集控以管控平臺為主進行操作控制，同時值班人員通過調(diào)度室一體化平臺也可以實現(xiàn)一鍵啟停操作，即順煤流啟動、逆煤流停機，還能自動完成皮帶機的系統(tǒng)邏輯控制、保護系統(tǒng)監(jiān)控、應(yīng)急聯(lián)動等[3]。

開發(fā)了主運輸集控系統(tǒng)移動APP，做為子模塊嵌入礦井統(tǒng)一的移動APP中，實現(xiàn)井下工作人員人員移動APP巡檢監(jiān)控，達到應(yīng)急處突管理要求。

3 斜溝煤礦原煤主運輸皮帶機集控系統(tǒng)應(yīng)用效果

斜溝煤礦主運輸系統(tǒng)在投入使用后，方便了運輸皮帶的操作，能夠提前發(fā)現(xiàn)故障隱患，有效的減少了影響生產(chǎn)的大事故發(fā)生，做到了減人提效，帶來了明顯經(jīng)濟效益，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

3.1 集控系統(tǒng)運行穩(wěn)定、功能豐富

斜溝煤礦主運輸集控系統(tǒng)采用成熟的技術(shù)和可靠的設(shè)備，對關(guān)鍵設(shè)備有備份或冗余措施。系統(tǒng)軟件有維護保障能力和較強的容錯及系統(tǒng)恢復(fù)能力，雙網(wǎng)雙服務(wù)器的設(shè)置保證了一臺服務(wù)器出現(xiàn)宕機不影響整個系統(tǒng)，確保系統(tǒng)在極端情況下可以長時間穩(wěn)定運行。整個系統(tǒng)采用了分布式體系和模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，以適應(yīng)系統(tǒng)規(guī)模擴展、功能擴充、配套軟件升級的需求，可隨時依需要對系統(tǒng)進行擴充或裁剪，要求具有足夠的靈活性。

創(chuàng)新型的開發(fā)了移動APP功能和WEB發(fā)布功能，通過WEB發(fā)布功能可以在礦局域網(wǎng)內(nèi)任何一臺終端機經(jīng)授權(quán)后，可以查詢視頻監(jiān)控畫面，方便了各級領(lǐng)導(dǎo)職工掌握信息進行決策；通過移動手機APP結(jié)合礦區(qū)高速4G網(wǎng)絡(luò)，職工能夠隨時查看每部皮帶機的監(jiān)控參數(shù)和圖像，實時掌握生產(chǎn)情況，提高全礦運輸效率，實現(xiàn)了對運輸系統(tǒng)的有效監(jiān)督和實時管理。

3.2 帶式輸送機運行狀態(tài)實時監(jiān)測

如圖5所示，斜溝煤礦皮帶集控系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測每臺運輸電機的電流、電壓、功率、頻率、電機繞組溫度、軸承溫度、主傳動滾筒的軸溫等參數(shù)，同時各項參數(shù)能方便的進行報警值的設(shè)定，當(dāng)檢測數(shù)據(jù)超過設(shè)定值時，能及時彈出報警的畫面，并根據(jù)現(xiàn)場需要進行報警解除或停機，同時還能在上位機中可方便的進行故障查詢、報警解除、報表分析等操作。通過對皮帶運輸機的實時監(jiān)控能夠提前發(fā)現(xiàn)異常情況情況，運輸系統(tǒng)故障率同期下降了30%，啟停機完成時間縮短了40%，有效提高了生產(chǎn)效率。

圖5斜溝煤礦帶式輸送機實時監(jiān)測畫面

3.3 集控系統(tǒng)操作方便、減人提效

斜溝煤礦的主運輸皮帶在過去都是在每部皮帶配備兩名皮帶司機進行現(xiàn)場操作和巡視，在設(shè)備運行上是被動模式，通過此次集控系統(tǒng)的升級改造，井下各皮帶操作司機可以全部取消，只需要一人在調(diào)度室就能夠操控全礦運輸皮帶的啟停和巡視巡檢工作，每班可減少崗位司機32人，減出的人員進行轉(zhuǎn)崗分流，留下少部分人成立應(yīng)急搶修組，在人員投入上每年可節(jié)省691.2萬元，做到了減人提效。

4 結(jié)束語

斜溝煤礦主運輸皮帶集中控制系統(tǒng)的應(yīng)用，有效解決了斜溝礦井下運輸皮帶多，操作分散，巡檢距離長的難題，提高了礦井運輸皮帶的協(xié)同運輸能力和生產(chǎn)效率。提高了企業(yè)經(jīng)濟效益，為斜溝煤礦全面建設(shè)智慧礦山奠定了堅實基礎(chǔ)。