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（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究有限公司， 山西 太原 030006）

1 工作面與刮板輸送機(jī)概況

山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)盛泰煤礦15201 工作面位于二采區(qū)的中部，工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為2 580 m，傾向長(zhǎng)度為220 m，工作面回采煤層為15 號(hào)層，平均厚度為3.2 m，工作面采用綜合機(jī)械化回采工藝，截止目前工作面已回采770 m。

15201 工作面回采期間主要采用MG500/1310-GWD 型采煤機(jī)落煤，采用SGZ900/800型刮板輸送機(jī)，具體技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 SGZ900/800 型刮板輸送機(jī)技術(shù)參數(shù)表

由于傳統(tǒng)的刮板輸送機(jī)在運(yùn)輸過程中無法進(jìn)行頻速調(diào)節(jié)，運(yùn)輸煤矸時(shí)無法對(duì)運(yùn)輸量進(jìn)行計(jì)算，從而無法合理調(diào)整刮板輸送機(jī)運(yùn)輸速度，導(dǎo)致15201 工作面刮板輸送機(jī)在前期回采過程中經(jīng)常出現(xiàn)故障，主要表現(xiàn)在堆煤、斷鏈、負(fù)荷大等，不僅影響工作面正常運(yùn)煤，而且增加了刮板輸送機(jī)故障率，為了解決這一技術(shù)難題，研究采用一套智能化控制系統(tǒng)，并進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。

2 智能刮板機(jī)組成

智能刮板機(jī)采用的主要部件由以下部分組成：變頻控制器、變頻器、掃描儀、鏈條自動(dòng)張緊裝置、數(shù)據(jù)檢測(cè)器[1]。

2.1 變頻器

1）該系統(tǒng)采用的高壓交流變頻器為礦用本質(zhì)安全型，該變頻器具有變頻調(diào)速、防爆性能好、散熱速度快等優(yōu)點(diǎn)。這種變頻器能夠與井下3 300 V 高壓異步電動(dòng)機(jī)配套使用，可以對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)控，此外該變頻器還具有額定電流小、運(yùn)轉(zhuǎn)速度穩(wěn)定、啟動(dòng)力矩大、性能可靠的優(yōu)點(diǎn)，而且該變頻器在使用時(shí)對(duì)電網(wǎng)沖擊較小，變頻器啟動(dòng)曲線通常呈S 形及線性。

2）曲線的狀態(tài)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣能夠有效防止電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)周圍設(shè)備造成沖擊。此外該變頻器還安裝有過壓、短路、漏電、過載、三相不平衡、過熱、接地等綜合保護(hù)器，而且運(yùn)行數(shù)據(jù)參數(shù)能夠通過液晶顯示屏顯示在屏幕上方，方便工作人員的查看。

2.2 變頻控制器

1）變頻控制器是智能控制裝置最重要的組成部分，變頻控制器通常與隔爆安全型控制箱配合使用。控制箱主要由鍵盤、液晶顯示器、數(shù)據(jù)處理器等部件組成，具有微型計(jì)算機(jī)功能。操作人員可以通過人機(jī)界面來對(duì)控制箱內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察與監(jiān)控，時(shí)刻了解刮板機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，變頻控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)變頻器的控制、掃描煤量等相關(guān)數(shù)據(jù)、對(duì)刮板機(jī)鏈條張緊力進(jìn)行調(diào)整、實(shí)時(shí)采集變頻器及刮板機(jī)上的數(shù)據(jù)[2-3]。

2）工作人員可以通過觀察控制箱上的顯示界面來了解電機(jī)的轉(zhuǎn)速及煤量的百分比，同時(shí)能夠?qū)⑴c控制箱配套使用的其他設(shè)備的信息狀態(tài)及變頻器故障類型進(jìn)行顯示。變頻器外部還安裝有一套鍵盤與鼠標(biāo)，工作人員可以通過操作鍵盤與鼠標(biāo)，來對(duì)控制器的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行修改，同時(shí)也可以點(diǎn)擊掃描儀的煤量、變頻器、信號(hào)箱等設(shè)備來進(jìn)入設(shè)備顯示界面，方便工作人員實(shí)時(shí)了解各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

2.3 煤量掃描儀

該掃描儀可以當(dāng)做礦用隔爆型煤位探測(cè)器用，主要由隔爆箱、異步電機(jī)、交換機(jī)及掃描儀組成。

1）該掃描儀能夠?qū)崟r(shí)對(duì)刮板機(jī)上的煤量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，煤量的高度可以通過觀察測(cè)量值來了解。該掃描儀主要是利用激光掃描技術(shù)來了解煤量的高度信息，并通過數(shù)據(jù)光纜將數(shù)據(jù)上傳至指揮中心。

2）該掃描儀能夠?qū)伟鍣C(jī)上煤塊的每個(gè)斷面上的每個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)實(shí)時(shí)將測(cè)量結(jié)果輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)，計(jì)算機(jī)可以通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行成像處理后準(zhǔn)確計(jì)算出煤層的斷面積以及煤塊的外形輪廓，計(jì)算機(jī)結(jié)合刮板機(jī)的運(yùn)行速度能夠準(zhǔn)確計(jì)算出煤流體積以及刮板上的煤流量。掃描儀的掃描角度可以在0°～190°之間調(diào)節(jié)，而且能夠?qū)?5 m 范圍內(nèi)的煤礦進(jìn)行全方位掃描。由于井下設(shè)備的工作環(huán)境比較惡劣，該設(shè)備還具有較強(qiáng)的免干擾性及較快的傳輸效率。

2.4 鏈條張緊和檢測(cè)裝置

該裝置能夠準(zhǔn)確測(cè)量設(shè)備數(shù)據(jù)并調(diào)節(jié)鏈條張緊力。該鏈條張緊和檢測(cè)裝置主要由各類傳感器、主副監(jiān)控基站、伸縮機(jī)尾機(jī)構(gòu)、電液控制機(jī)構(gòu)組成。該裝置能夠?qū)崟r(shí)顯示刮板機(jī)上設(shè)備運(yùn)行的參數(shù)。這些參數(shù)主要包括潤(rùn)滑油黏度、油溫、油位，輸出端及電機(jī)軸端的軸承溫度，電機(jī)繞組溫度以及各冷卻系統(tǒng)內(nèi)的流量、壓力、溫度；工作人員還可以通過操作該裝置對(duì)鏈條的張緊力進(jìn)行調(diào)節(jié)，并將各項(xiàng)調(diào)節(jié)指令及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過通信接口傳遞到集控系統(tǒng)。

3 智能控制系統(tǒng)的安裝

工作人員在刮板輸送機(jī)的機(jī)頭機(jī)尾兩個(gè)位置各安裝一部智能化控制裝置，變頻器需安裝在皮帶巷設(shè)備列車上，機(jī)頭機(jī)尾的裝置可以通過電纜相連，變頻器控制箱需安裝在設(shè)備列車的監(jiān)控中心上，掃描儀需安裝在輸送機(jī)中部槽位置，能夠更好地發(fā)揮掃描儀的監(jiān)測(cè)效果；鏈條張緊和檢測(cè)裝置需安裝在刮板機(jī)機(jī)頭機(jī)尾位置[4-5]。

4 刮板輸送機(jī)智能化控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

1）該智能化控制系統(tǒng)能夠在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)揮重要的作用。該裝置在傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行改良，能夠在實(shí)際生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)智能化啟動(dòng)。裝置在進(jìn)入預(yù)張緊過程中，智能化控制系統(tǒng)可以通過安裝在機(jī)頭機(jī)尾部分的電機(jī)張緊鏈條進(jìn)行獨(dú)立控制，來完成刮板鏈條啟動(dòng)時(shí)的自動(dòng)啟動(dòng)以及停機(jī)時(shí)的自動(dòng)釋放。例如刮板機(jī)在重載量大時(shí)啟動(dòng)，智能化控制系統(tǒng)能夠通過對(duì)啟動(dòng)速度及加速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)皮帶平穩(wěn)啟動(dòng)，在啟動(dòng)時(shí)將對(duì)設(shè)備及電網(wǎng)的沖擊降到最低。

2）該系統(tǒng)還能夠根據(jù)刮板機(jī)上的煤量對(duì)鏈條運(yùn)行的速度進(jìn)行智能化調(diào)節(jié)，智能化控制裝置能夠根據(jù)煤量的變化實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)鏈條的運(yùn)行速度，能夠在煤量較大時(shí)加快運(yùn)行速度，煤量較小時(shí)降低運(yùn)行速度，智能化控制裝置還具有分級(jí)調(diào)速功能，避免鏈條在運(yùn)輸中出現(xiàn)頻繁調(diào)速。

3）該智能化控制系統(tǒng)具有長(zhǎng)距離、長(zhǎng)時(shí)間、多段位調(diào)速功能。智能控制機(jī)構(gòu)通過計(jì)算能夠確保刮板鏈在較短的時(shí)間內(nèi)將工作面的煤礦全部運(yùn)輸出來，而且該系統(tǒng)還能夠根據(jù)各電動(dòng)機(jī)的功率進(jìn)行異步調(diào)節(jié)，可以分別對(duì)機(jī)頭及機(jī)尾部安裝的電機(jī)功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，系統(tǒng)通過多驅(qū)動(dòng)單元協(xié)調(diào)控制不同設(shè)備的控制包。智能化控制系統(tǒng)通過分別對(duì)機(jī)頭機(jī)尾部的驅(qū)動(dòng)部分進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，來降低煤塊對(duì)尾部槽幫的磨損，還能夠最大限度降低噪音污染，防止煤礦對(duì)設(shè)備的沖擊，進(jìn)而延長(zhǎng)刮板機(jī)的使用壽命。

4）該系統(tǒng)采用的智能化控制技術(shù)能夠大大延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，且方便后期工作人員維護(hù)，延長(zhǎng)電機(jī)的使用時(shí)間，防止電機(jī)因扭矩過大而造成損傷，確保了工作人員安全。此外，該系統(tǒng)還能夠與刮板機(jī)及采煤機(jī)進(jìn)行雙向通訊，及時(shí)將采煤機(jī)與刮板機(jī)的各類信息進(jìn)行互換處理，從而方便指揮人員統(tǒng)一對(duì)工作面的設(shè)備進(jìn)行指揮，在各設(shè)備發(fā)生異常及報(bào)警時(shí)及時(shí)處理。

5 應(yīng)用效果

盛泰煤礦于2019 年3 月對(duì)15201 工作面刮板輸送機(jī)安裝了一套智能化控制系統(tǒng)，截止2019 年10 月，通過7 個(gè)月實(shí)際應(yīng)用效果來看，15202 工作面刮板輸送機(jī)安裝該智能化系統(tǒng)后，實(shí)現(xiàn)了輸送機(jī)根據(jù)運(yùn)輸煤量自動(dòng)調(diào)整頻速、自動(dòng)張緊等目的，大大提高了帶式輸送機(jī)自動(dòng)化水平，輸送機(jī)故障率由原來的11%降低至2%，全年輸送機(jī)維修費(fèi)用節(jié)約了35.4 萬元，保證了綜采工作面安全高效回采，具有很好的推廣意義。