徐士龍 孟凡龍 高理鵬

（山東能源棗礦集團高煤公司，山東 濟寧 277600）

1 工程概況

山東能源棗礦集團高莊煤業(yè)有限公司3上1112工作面設(shè)計長度1235 m，主要開采3上煤層，總體為一傾向北西寬緩的單斜構(gòu)造，沿走向、傾向有波狀起伏，工作面傾角為5°～18°，平均10°。3上1112 工 作 面 采 用MG900/2400-WD 交 流 電 牽引采煤機、ZY8000/25/50 型掩護式液壓支架、SGZ1000/3×1000 型刮板輸送機。

3上1112 工作面生產(chǎn)期間，對于采煤機牽引速度的調(diào)節(jié)主要是采用人工調(diào)節(jié)的模式，同時刮板輸送機的行進速度也是基于采煤機牽引速度而采用的人工調(diào)節(jié)模式。從現(xiàn)場生產(chǎn)的實踐來看，采煤機及刮板輸送機工作的人工調(diào)節(jié)模式能基本滿足設(shè)備正常的截煤及運輸作業(yè)，但是仍然存在著設(shè)備運行速度調(diào)節(jié)滯后、設(shè)備運行能耗高、設(shè)備運行智能化程度低的問題，這與該煤礦智能工作面及智慧礦山的建設(shè)目標不符。針對這一情況，該煤礦基于節(jié)能降耗、提高智能化開采的目的，采用協(xié)同調(diào)速技術(shù)對采煤機和刮板輸送機的行進速度進行智能化調(diào)節(jié)[1-6]，在不影響采煤機截割作業(yè)的前提下實現(xiàn)對刮板輸送機運行速度的全自動調(diào)節(jié)，有效提高刮板輸送機的運行效率。

2 刮板輸送機與采煤機協(xié)同調(diào)速系統(tǒng)

2.1 刮板輸送機與采煤機工作分析

MG900/2400-WD 型采煤機主要由截割部、牽引部、電氣部和輔助裝置組成，SGZ1000/3×1000型刮板輸送機主要由中部槽、機頭、機尾組成。在該工作面開采時，刮板輸送機的功能有兩種，第一是向外運輸煤炭，第二是為采煤機割煤作業(yè)提供行進通道，從而完成采煤機的連續(xù)作業(yè)。刮板輸送機及采煤機工作的協(xié)調(diào)過程如圖1。

圖1 刮板輸送機及采煤機工作的協(xié)調(diào)過程示意圖

工作面的煤炭開采量與采煤機開采速度的推進是息息相關(guān)的，工作面的第一要務(wù)是保障采煤機截割作業(yè)的安全和穩(wěn)定，實現(xiàn)煤炭資源的最大利益開采。但是當前SGZ1000/3×1000 型刮板輸送機的運行主要是采用人工調(diào)節(jié)以最大程度適應(yīng)采煤機的截割作業(yè)。為預防采煤機割煤停滯問題的發(fā)生，對于刮板輸送機的運行功率明顯高于采煤截割作業(yè)功率必須進行優(yōu)化調(diào)整。

2.2 速度協(xié)同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2.1 協(xié)調(diào)調(diào)速原理

從刮板輸送機與采煤機工作分析可知，協(xié)調(diào)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用是在保證采煤機截割作業(yè)的需要及刮板輸送機運輸煤炭物料需要的大前提下進行的，此時在該前提下通過調(diào)整刮板輸送機的運行速度，最大程度匹配采煤機的工作，實現(xiàn)刮板輸送機節(jié)能降耗的目的。速度協(xié)同系統(tǒng)協(xié)調(diào)調(diào)速的控制模式如圖2。

圖2 刮板輸送機速度協(xié)同系統(tǒng)協(xié)調(diào)調(diào)速控制模式示意圖

采煤機截割作業(yè)過程設(shè)定為恒速運行模式狀態(tài)下，此時采煤機在t1時間連續(xù)截割作業(yè)，刮板輸送機負載不斷增加，刮板輸送機運行速度不斷增大；當采煤機截割作業(yè)時刻達t2后，此時刮板輸送機負載高達該設(shè)備額定載荷的80%，刮板輸送機的負載、刮板輸送機運行速度、采煤機截割作業(yè)速度三者達到平衡狀態(tài)，刮板輸送機保持恒速運行模式；當采煤機截割作業(yè)時刻達到t3時，刮板輸送機的負載高達該設(shè)備額定載荷的85%，此時應(yīng)該調(diào)高刮板輸送機的運行速度，減小設(shè)備上運輸?shù)拿禾课锪系牧浚瑥亩档驮O(shè)備的負載；當采煤機截割作業(yè)時刻達t4時，刮板輸送機的載荷下降到設(shè)備額定載荷的50%，即可調(diào)低刮板輸送機的運行速度，讓其保持正常運行速度。

2.2.2 協(xié)調(diào)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

刮板輸送機與采煤機協(xié)同調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3，主要包括采煤機速度監(jiān)控系統(tǒng)、巷道遠程協(xié)同調(diào)速系統(tǒng)、刮板機機載調(diào)速系統(tǒng)三大部分，主要有PLC 控制器、集控箱，互感器、變頻器、無線以太網(wǎng)等零部件。調(diào)速系統(tǒng)可監(jiān)測刮板輸送機載荷以及采煤機速度，并通過變頻器調(diào)整刮板輸送機運行速度。PLC 控制器采用西門子S7-300 型，是該協(xié)調(diào)調(diào)速系統(tǒng)的核心，分別用來處理采煤機工作的參數(shù)信息和刮板輸送機工作的參數(shù)信息。集控箱型號為KXJ0.5-1140，能有效簡化協(xié)調(diào)調(diào)速系統(tǒng)的通信傳輸。

圖3 刮板輸送機與采煤機協(xié)同調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3 工程應(yīng)用及效果

從2021 年4 月起，刮板輸送機與采煤機協(xié)同調(diào)速系統(tǒng)在高煤公司3上1112 工作面的開采現(xiàn)場進行了安裝調(diào)試，并投入到了應(yīng)用當中?，F(xiàn)場實踐應(yīng)用效果表明，刮板輸送機與采煤機協(xié)同調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用后，采煤機和刮板運輸機整體工作正常，刮板運輸機的運行速度能較好地匹配采煤機的截割作業(yè)，3上1112 工作面生產(chǎn)的連續(xù)性較好，協(xié)同調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用達到了設(shè)計目的。

從2021 年4 月至7 月，3上1112 工作面一共正常生產(chǎn)65 d。對比之前相同時間段，設(shè)備的開機率大幅度提高，采煤機的生產(chǎn)工作時間增加了22%，同時有效地降低了采煤設(shè)備的啟動能耗。對比之前，3上1112 工作面每個圓班平均節(jié)約時間約30 min，該時間段可多生產(chǎn)煤炭約720 t，經(jīng)濟效益顯著。

刮板輸送機與采煤機協(xié)同調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用后，開采設(shè)備節(jié)能降耗效果顯著。用月度電能消耗量進行計算，對比之前開采設(shè)備的運行速度要低30%左右，電能消耗降低20%左右，每月至少可節(jié)省電費約5萬元，經(jīng)濟效益顯著。

4 結(jié)語

高煤公司3上1112 工作面刮板輸送機的行進速度和采煤機的牽引速度全部采用人工調(diào)節(jié)模式。從工作現(xiàn)場情況來看，刮板輸送機運行速度及能力明顯高于采煤機截割煤作業(yè)能力，設(shè)備運行速度調(diào)節(jié)滯后，設(shè)備運行能耗高，設(shè)備運行智能化程度低。針對這一情況，設(shè)計了刮板輸送機與采煤機協(xié)同調(diào)速系統(tǒng)，在對采煤機、刮板輸送機載荷分析的基礎(chǔ)上應(yīng)用變頻器對采煤機和刮板輸送機的行進速度進行智能化調(diào)節(jié)。系統(tǒng)應(yīng)用后采煤機和刮板運輸機整體工作正常，刮板運輸機的運行速度能較好地匹配采煤機的截割作業(yè)，3上1112 工作面生產(chǎn)的連續(xù)性較好，同時每個圓班可多生產(chǎn)煤炭約720 t，月節(jié)省電費約5 萬元，經(jīng)濟效益顯著。