楊仁偉

（山西焦煤汾西礦業(yè)（集團）有限責任公司，山西 介休 032000）

引言

帶式輸送機是煤礦井下運輸?shù)年P鍵設備，帶式輸送機采用的電控系統(tǒng)是否合理直接影響原煤運輸效率，同時會給礦井生產(chǎn)帶來制約[1-2]。山西某礦為設計產(chǎn)能500 萬t/年的大型礦井，其采用斜井、平硐開拓方式，主斜井皮帶輸送機自投產(chǎn)以來，電控系統(tǒng)運行平穩(wěn)、可靠，可滿足井下原煤高效運輸需求。為此，本文就對礦井主斜井皮帶輸送機電控系統(tǒng)進行分析，并重點對電控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)、關鍵子系統(tǒng)特點及功能等進行闡述，以期為其他礦井皮帶輸送機電控系統(tǒng)設計提供經(jīng)驗指導。

1 斜井皮帶輸送機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

礦井主斜井長度為1 690 m，主斜井內(nèi)鋪設的皮帶輸送機長度總計1 730 m、鋪設角度0°～10°，輸送帶寬度2 000 mm、運行速度5.6 m/s、額定運輸能力5 800 t/h，采用4 臺規(guī)格為2 800 kW/6 kV 驅(qū)動電機提供動力。皮帶輸送機輸送帶張緊采用機尾液壓張緊裝置實現(xiàn)，制動方式采用液壓盤式制動。皮帶輸送機電控系統(tǒng)主要包括PLC 監(jiān)控系統(tǒng)、煤流監(jiān)控系統(tǒng)、配電系統(tǒng)（高低壓）、綜合保護系統(tǒng)及值守機器人等。

在主斜井井口房位置布置主斜井、西翼大巷及上倉皮帶輸送機電控設備，上述皮帶輸送機通過搭接方式實現(xiàn)井下原煤運輸。井下皮帶輸送機運行控制時根據(jù)采集到的煤流量，通過遠程調(diào)節(jié)接口、變頻器等配合實現(xiàn)皮帶輸送機運行速度智能調(diào)整。井下綜采工作面皮帶輸送機、采區(qū)皮帶輸送機等技能配備有煤流監(jiān)測儀、PLC 控制箱等，煤流監(jiān)測結(jié)果采用PLC 控制箱直接接入井下工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)，具體結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1 皮帶輸送機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

皮帶輸送機運行控制時，將前級皮帶輸送機監(jiān)測到的煤流數(shù)據(jù)作為后級皮帶輸送機運行速度控制的依據(jù)，從而降低皮帶輸送機在空載、輕載時的能耗，提高設備使用壽命。

2 皮帶輸送機控制系統(tǒng)各子系統(tǒng)功能

2.1 配電系統(tǒng)

皮帶輸送機配電系統(tǒng)包括高、低壓系統(tǒng)兩類，高壓配電系統(tǒng)主要設備為KYN28-12 高壓開關柜（現(xiàn)場布置15 臺），高壓開關柜配備數(shù)字儀表、真空斷路器（VD4）、綜合保護器，同時綜合保護器具備以太網(wǎng)及RS485 通信接口、電氣保護及閉鎖裝置等。變頻器供電回路斷路器運行受變頻器控制，不受PLC 監(jiān)控系統(tǒng)控制，提高供電可靠性。

低壓配電系統(tǒng)類型為TN-S 系統(tǒng)，主要為1 套低壓開關柜，進線側(cè)通過雙電源自動切換裝置，實現(xiàn)對井下皮帶輸送機成套設備、井口輔助設備（包括照明、液壓站等）提供交流電。

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)

皮帶輸送機監(jiān)控系統(tǒng)主要功能要求主要如下[3-5]：

1）控制方式。監(jiān)控系統(tǒng)不僅應實現(xiàn)皮帶輸送機啟動、停機、保護及監(jiān)測等功能，而且可實現(xiàn)多條皮帶輸送機集中控制并顯示運行狀態(tài)參數(shù)；通過光纖網(wǎng)絡將皮帶輸送機運行參數(shù)傳輸給地面監(jiān)控中心，實現(xiàn)地面監(jiān)控中心遠程監(jiān)控。

2）啟動控制。在皮帶輸送機啟動階段首先發(fā)出啟動預告，然后松閘、張緊輸送帶，待完成上述指令后通過變頻器實現(xiàn)皮帶輸送機軟啟動，啟動時加速度控制在0.1～0.3 m/s2，在啟動期間對各種安全監(jiān)測信號進行分析，若發(fā)現(xiàn)存在安全故障則立即停止運行。

3）正常停車。需要停止皮帶輸送機運行時，先停止前一級皮帶輸送機，并延伸一段時間待輸送帶上煤運輸完成后，通過變頻器實現(xiàn)皮帶輸送機軟停車；待皮帶輸送機運行速度降低至0.5 m/s 以內(nèi)時啟動控制抱閘，皮帶輸送機停止運行。

4）急停。當發(fā)現(xiàn)皮帶輸送機運行出現(xiàn)急停閉鎖、跑偏、縱向撕裂、煙霧或者堆煤等故障時，停止主電機供電并啟動抱閘程序，實現(xiàn)皮帶輸送機急停。

5）驗帶。當選擇驗帶模式時，皮帶輸送機通過變頻器控制保持低速運行，從而對輸送帶進行檢查。

6）制動系統(tǒng)及主控制系統(tǒng)等均應實現(xiàn)電氣閉鎖控制，確保啟動階段、正常運行階段制動閘處于松開狀態(tài)；皮帶輸送機速度接近0 時，制動器動作；制動器出現(xiàn)故障或者斷電時，主控制器應按照急停處理，快速停止皮帶輸送機運行。

2.3 變頻系統(tǒng)確定

現(xiàn)階段煤礦井下使用的變頻裝置主要類型包括低壓級聯(lián)結(jié)構(gòu)變頻器（晶體管類型為IGBT 絕緣柵雙級型晶體管）、ACS 5000 變頻器（晶體管類型為IGCT集成門級換流晶體管）、Power Flex7000 變頻器（晶體管類型為SGCT 成門級換流晶體管）等。結(jié)合以往成果[6-7]并通過綜合比對分析，最終礦井變頻器選擇采用ACS 5000 變頻器。

2.4 煤流量監(jiān)測

依據(jù)煤流量監(jiān)測結(jié)果調(diào)整皮帶輸送機運行速度，根據(jù)監(jiān)測到的煤流量來實現(xiàn)運行速度調(diào)節(jié)，具體速度包括50%帶速、75%帶速及100%帶速。依據(jù)沿線布置的煤流量監(jiān)測傳感器計算并分析不同皮帶輸送機上煤流分布情況，從而自動判定皮帶輸送機順煤流或者逆煤流啟動，當滿足條件時皮帶輸送機優(yōu)先選擇順煤流啟動；當煤流監(jiān)控不參與時皮帶輸送機啟動均按照逆煤流方式。具體皮帶輸送機控制邏輯如圖2 所示。

圖2 皮帶輸送機控制邏輯

煤流量監(jiān)測系統(tǒng)會實時記錄沿線各條皮帶輸送機上煤流量分布情況，若監(jiān)測到各皮帶輸送機均為空載時，則皮帶輸送機均按照順煤流方式啟動，具體啟動順序為：采面運輸巷皮帶輸送機—西翼大巷皮帶輸送機—主斜井皮帶輸送機—上倉皮帶輸送機。

2.5 綜合保護系統(tǒng)

在皮帶輸送機機頭位置布置電源箱（型號KDW101）、主控制器（KTC101-Z），電源箱為主控制器供電，主控制器用以控制皮帶輸送機啟停并顯示運行狀態(tài)，并實現(xiàn)沿線布置的各類傳感器（包括煙霧、溫度、超溫曬水、速度、堆煤等）檢測。

2.6 值守機器人

值守機器人系統(tǒng)包括圖像采集、補光照明、防爆計算機及控制主機等。將值守機器人置于皮帶輸送機正上方約1.0 m 位置處，用以采集輸送帶圖像并對圖像處理結(jié)果進行分析。采集到的圖像分別傳輸給防爆控制主機及防爆計算機，防爆控制主機用以對圖像中錨桿、大塊煤矸等進行識別，避免給輸送帶或者后續(xù)運輸帶來影響；圖像處理結(jié)果及監(jiān)測圖像傳輸給防爆計算機后，監(jiān)控中心會實時顯示處理結(jié)果及監(jiān)控畫面。具體現(xiàn)場應用圖像如圖3 所示。

圖3 值守機器人現(xiàn)場監(jiān)控畫面

3 結(jié)語

現(xiàn)階段該礦皮帶輸送機控制系統(tǒng)已平穩(wěn)運行超過2 年，現(xiàn)場應用實踐表明，礦井采用的控制系統(tǒng)運行平穩(wěn)、可滿足井下原煤運輸需要?？刂葡到y(tǒng)可提高皮帶輸送機驅(qū)動裝置力矩響應速度，同時具備操作簡單、可靠性強及運行平穩(wěn)等優(yōu)勢；通過智能調(diào)速系統(tǒng)可降低空載、輕載狀態(tài)下能耗及磨損，提高皮帶輸送機使用壽命。