史慧文

（1.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，北京 100013；2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室，北京 100013；3.北京市煤礦安全工程技術(shù)研究中心，北京 100013）

引言

帶式輸送機是煤礦井下運輸煤炭的主要設(shè)備之一，具備運輸連續(xù)、運量大、適應(yīng)性強、能耗相對較低等優(yōu)勢，但當(dāng)前大部分礦井還未對帶式輸送機進行集中控制，即每部帶式輸送機都是進行單獨控制。在正常生產(chǎn)期間，每部帶式輸送機都要配備1 名專職司機和1 名兼職機電維修工，有的礦井還可能再配備1 名專職或兼職機尾看護員，負責(zé)機尾滾筒的看護和衛(wèi)生清理工作，由此增加了井下作業(yè)人員數(shù)量，不符合行業(yè)發(fā)展所提倡的智能化及減人化作業(yè)要求，對降低生產(chǎn)成本、提高安全效益不利。因此，有必要將先進的智能化及自動化技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)的礦井設(shè)備改造，從而實現(xiàn)諸如帶式輸送機等設(shè)備的自動啟停及無人值守，達到減人提效的目的[1-4]。

1 設(shè)備改造背景

某礦井巷布置較復(fù)雜，煤炭運輸環(huán)節(jié)較多，僅采區(qū)運輸巷、主運輸巷道及主斜井內(nèi)安裝的帶式輸送機就多達13 部，改造前每部輸送機都是單獨控制，占用較多人力，且存在以下幾個問題。

1.1 設(shè)備開啟過程

如果采掘工作面有煤炭外運的需求，需要工作面人員向運輸順槽帶式輸送機的司機發(fā)出開機信號，運輸順槽輸送機的司機再向采區(qū)運輸巷的司機發(fā)出開機信號，從而使帶式輸送機由外向內(nèi)依次開啟。如果某部輸送機的信號系統(tǒng)出現(xiàn)故障或某部輸送機的司機不在操作位置，就無法使輸送機順利開啟，從而影響生產(chǎn)進度。

1.2 設(shè)備停機過程

設(shè)備停機與開啟過程類似，也是工作面人員最先發(fā)出停機信號，然后信號依次向外傳遞，最后帶式輸送機由內(nèi)向外依次停機。如果工作面出煤結(jié)束，但信號系統(tǒng)出現(xiàn)故障或某部輸送機司機未及時停機，就可能造成設(shè)備無功空轉(zhuǎn)，甚至引發(fā)安全事故。

1.3 輸送機六大保護系統(tǒng)狀況

現(xiàn)有的帶式輸送機按照相關(guān)規(guī)章制度要求，按標準安裝了煙霧、跑偏、溫度等六大保護系統(tǒng)，但每部輸送機的保護系統(tǒng)單獨作用，且未接入集中控制系統(tǒng)，一旦發(fā)生故障時無法進行應(yīng)急故障處置，可能導(dǎo)致故障加劇，引發(fā)更大的安全隱患，亟需技術(shù)改造。

2 智能化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計及功能設(shè)計

設(shè)計的控制系統(tǒng)為4 層架構(gòu)設(shè)計，分別為監(jiān)控信息層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、控制層和傳感執(zhí)行層，其中位于地面的只有監(jiān)控信息層，其他3 層結(jié)構(gòu)設(shè)計均位于井下[5-7]，如圖1 所示。

圖1 帶式輸送機智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 監(jiān)控信息層

監(jiān)控信息層是整個系統(tǒng)位于井上的“大腦”，主體部分為主操作站。通過地面操作站可集中控制井下帶式輸送機的運行情況，同時可以實施在線監(jiān)測，對所有接入系統(tǒng)的設(shè)備均可執(zhí)行一鍵啟停。

2.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸層

網(wǎng)絡(luò)傳輸層不獨立存在，它是其他架構(gòu)層和各系統(tǒng)部件的聯(lián)通媒介，其工作實現(xiàn)是基于分布在井上、下的工業(yè)環(huán)網(wǎng)，主要部件是各類交換機及通信線路，可及時傳輸帶式輸送機的運行信息及數(shù)據(jù)。

2.3 控制層

控制層是整個系統(tǒng)位于井下的“大腦”，主要包括上位機、PLC 控制器、各類保護傳感器等部件，控制層在井上主操作站的指令下，控制接入系統(tǒng)的帶式輸送機，同時控制層還具備直接操控功能。

2.4 傳感執(zhí)行層

傳感執(zhí)行層位于整個系統(tǒng)的最前沿，負責(zé)執(zhí)行控制層發(fā)出的啟停等指令信息，還負責(zé)及時上傳采集到的設(shè)備運行信息。在原有六大保護系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過改造及新增，設(shè)計閉鎖、跑偏、速度、煙霧、縱撕、溫度、堆煤、灑水八大保護系統(tǒng)，從而對帶式輸送機運行期間的各種狀態(tài)信息數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測和采集。

2.5 系統(tǒng)功能設(shè)計

系統(tǒng)可實現(xiàn)對帶式輸送機的遠程控制、就地自動控制和手動控制功能，監(jiān)測顯示與檢測保護功能，還具備較好的人機交互功能，具備數(shù)據(jù)存儲及分析、故障識別及診斷、故障應(yīng)急處置等功能。

3 系統(tǒng)應(yīng)用情況

經(jīng)過前期準備工作，礦井對主斜井及主運輸巷道內(nèi)的帶式輸送機進行智能化改造，按照設(shè)計方案對控制系統(tǒng)進行布設(shè)，主要由監(jiān)控主機、備用主機、人機交互軟件、通信系統(tǒng)、服務(wù)器、各類保護傳感器、語音喊話系統(tǒng)、高清監(jiān)控攝像頭等組成。經(jīng)過90 d的試運轉(zhuǎn)，整體工作情況良好，可實現(xiàn)以下效益目標。

3.1 設(shè)備可靠性及運行安全系數(shù)提高

經(jīng)過智能化改造，加大了對井下設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)管力度，提高了礦井整體安全生產(chǎn)管理水平。僅在試運行期間，系統(tǒng)就及時處置了22 起帶式輸送機撕裂、堆煤及跑偏事故等，故障預(yù)警及應(yīng)急處置靈敏，也為人工故障處置提供了有效指導(dǎo)。

3.2 無人值守目標達成

井上、下控制中心均設(shè)“無人值守”操作按鈕，“無人值守”模式下可根據(jù)設(shè)置的啟停順序?qū)υO(shè)備進行控制，還可根據(jù)負荷情況變頻調(diào)整設(shè)備運行參數(shù)，降低功耗，在無煤時自動停機。僅兩部主帶式輸送機，所需人工由原來的12 人/d 降至現(xiàn)在的3 人/d，人工成本大大降低。

3.3 其他效益

整個控制系統(tǒng)安裝完成后，能夠?qū)υO(shè)備運行的數(shù)據(jù)參數(shù)進行存儲，并通過SCADA 軟件對數(shù)據(jù)圖表及視頻進行監(jiān)控，操作過程靈活且簡便，設(shè)備運行可靠性提高，井下作業(yè)環(huán)境也得到改善。

4 結(jié)語

某礦對帶式輸送機控制系統(tǒng)進行智能化改造，實現(xiàn)了礦井減人化作業(yè)、提高經(jīng)濟效益及安全效益等預(yù)期目標，并計劃對采區(qū)主運輸巷道帶式輸送機進行改造，為其他類似條件的礦井提供成功的實踐案例。