论装载控制技术在煤矿主皮带运输中的应用

论装载控制技术在煤矿主皮带运输中的应用

阴晋峰梁补生

阴晋峰山西汾西正佳煤业有限责任公司山西隰县041000

梁补生汾西矿业集团曙光煤业山西孝义032308

摘要本文通过分析曙光煤矿集中皮带巷皮带使用过程中出现的种种问题,提出对其进行装载控制改造的方案。通过改造,为矿井带来了经济效益,满足了现代化矿井发展的需要。

关键词煤矿主皮带装载控制运输

一、概述

曙光煤矿主提升运输系统主要分为主斜井提升运输系统和集中皮带巷提升运输系统，其中集中皮带巷提升运输系统因为生产需要有5个溜煤眼，而第一个溜煤眼为综采工作面溜煤眼，是主要出煤口，其余为开掘工作面溜煤眼，出煤量较小且不连续，无形之中增大了用工量且不宜控制出煤量导致皮带漏煤、压皮带情况经常发生。为此，希望对曙光煤矿井下集中运输皮带机进行定量装载控制系统开发，从而实现集中运输皮带机多点给料装置的闭环协调控制。

1.曙光煤矿集中皮带巷皮带机现状：

图1曙光矿集中运输皮带和主斜井皮带配置示意图

曙光煤矿集中皮带巷强力皮带运输机设计长度2200m，目前使用长度约为1000m，带宽1.2m，带速为3.15m/s，由3台355kW、1.14kV的高压电机驱动，采用变频控制器进行软起动，控制系统为唐山开诚生产的矿用隔爆兼本安型变频器（QJR-400/1140）。整条皮带为上运式（0°～15°～0°），从机尾处开始平均间隔200m分布1个溜煤眼，共5个。各个溜煤眼给料方式为人工操作溜斗放煤。机尾处安装有胶带纵向撕裂保护仪；机尾和机头处各安装了一对胶带跑偏开关；机头处安装有烟雾报警装置和堆煤保护传感器；皮带沿途装有拉线急停开关。机头处安装皮带速度传感器，用于监测皮带打滑和断带。自动拉紧绞车安装在距离机头约50m处。集中皮带机机头下方为主煤仓，安装了矿用超声波物料仪（KGU5B）。主煤仓出料口安装有一台甲带式给料机（GLD-2000/5.5/S），为手动控制给料。

2.曙光煤矿集中皮带机定量装载控制系统设计要求

根据曙光煤矿井下皮带运输系统的改造要求，本控制系统应达到以下要求：首先将溜煤眼处的给料方式改为机械式甲带称重给料机后，本系统对甲带给料机进行变频控制改造，然后对其变频器进行控制，将其构成闭环系统。控制系统根据集中皮带的运输余量，能合理分配各溜煤眼给料量，避免集中皮带过载。

二、定量装载控制系统方案

1.系统组成

整个定量装载控制系统的布置示意如图2所示。

图2集中皮带机定量装载控制系统布置图

曙光矿计划将集中皮带机处的5个溜煤眼的给料方式由人工斗子改为机械式甲带给料机（给料机型号：GLD2000/5.5/B）。本系统首先对机械式甲带给料机进行变频控制改造（变频调速器型号：BPBT-37/660），在靠近机头处，安装矿用PLC控制箱，对5台甲带给料机的变频器进行控制，以调节整条集中皮带机的运煤量。

2.控制系统主要内容

1）甲带给料机单机给煤量控制

对原溜煤眼的给料方式进行改造，由人工给料方式改为变频控制的甲带式给料机，实现由变频器对给料机驱动电机调速，从而可调节给料机的给煤量，这是本系统实现的前提条件。甲带式给料机由山东华智集团（原兖州量子公司）提供，该给料机通过电机驱动甲带，其给料量的大小由电机的转速决定。变频调速器采用该厂家的配套产品BPBT-37/660，其输出频率在5～400Hz可变设定，给料机运行速度范围0.6～1m/s，给料范围为1200～2000t/h。变频器具体输出频率决定了给料机驱动电机的转速，从而决定了给料机的给煤量，但具体的对应关系，还需通过现场调试来得到。另外，变频调速器留有远程控制启停端子以及通讯接口RS485等，可以通过Modbus或Profibus等通讯协议与PLC控制系统通讯，实现整个系统的集中控制。

2）闭环控制系统的控制策略

定量装载控制系统的框图如图3所示。由于曙光矿目前开采状况，集中皮带机机尾处转载煤流很少，故集中皮带机输送的煤大部分为来自溜煤眼的给煤。PLC控制器和各甲带给料机的变频控制器及监测电机驱动电流一起构成闭环控制系统，实现集中皮带机的定量装载。当定量装载控制系统开始工作时，可先使五台甲带给料机按设定值给煤（此设定值可调），并将各给料机的实际给煤量反馈至PLC控制器，五台给料机的给煤量之和即可认为集中皮带机的当前运煤量。控制系统将当前运煤量与最大许可运量相比较，如果当前运煤量小于最大许可运量，则计算出皮带当前剩余许可给煤量，按设定的分配比例（可根据各溜煤眼的实际煤量设定）加大各给料机的给煤量，并控制各给料机按计算值给料；如果当前运煤量大于最大许可运量，则根据超出值，按分配比例减小各给料机的给煤量。同时，引入集中皮带机机头驱动电机的电流值，根据电流值的大小变化来判断集中皮带机是否超载；另外，通过监测给料机驱动电机的电流大小来判断各给料机实际给煤量的多少，为系统自动分配给煤量提供依据。

3系统控制流程图

根据上述控制策略，设定系统控制采用模块化编程，其流程如下所示。

1）初始化。初始化部分主要完成初始化通讯端口、程序中使用的存储地址清零、初始参数预置、启用中断等工作。

(2)通讯模块。通讯模块与上位机的通讯程序配合，组成问答式的通讯系统。主要完成给料机运行状态、故障信息的上传和上位机控制命令的发送。

(3)运行控制模块。这部分主要用来控制各甲带给料机变频调速器，实现给料机的启停。

(4)模拟量输入处理模块。完成皮带秤输出信号的处理和许可给煤量的计算，以及电机变频启动器输出电流的计算。

(5)煤量控制模块。根据模拟量输入处理模块计算处的许可给煤量，分配各给料机的给煤量，并换算成变频器输出频率，控制给料机给煤。

(6)异常情况处理。包括皮带机报警和无煤提示两部分，分别包含在运行处理模块和模拟量输入处理模块中。

三、系统设计功能

曙光矿集中皮带机定量装载控制系统实施后，具备如下功能：

1.皮带机机头处设有操作控制台，可设定给料机运行速度及就地启停钮；

2.所有甲带给料机变频调速器可实现自动和手动功能（由给料机厂家设定）；

3.给料机与皮带机实现闭锁，当皮带机运行时给料机才能给料，给料机具有自动、手动、检修等控制方式；

4.系统运行中对驱动电机电流进行实时监测，当发生电流超限或突变时报警，严重时停机。

5.自控系统在性能上具有良好的抗湿热性、抗干扰性，在结构上满足在井下条件能够迅速检修或更换元器件，根据煤矿井下的现场环境，控制箱采用不锈钢结构，其他采用防腐措施。

控制系统的主控台和显示界面设计如图5～图7所示。

图7系统控制台操作按钮及按键示意图

四、经济效益和社会效益

1、经济效益

（1）直接经济效益

①节省了大量的劳动力和时间

一方面，皮带的每天清煤肯定得花费大量的时间和劳动力力。另一方面，因每次压皮带后为避免重载启动，必须攉煤，又得花费大量的时间和劳力。而安装装载控制后，清煤量由原来的每天3-4人变成了现在的3-4天一人，也避免了攉煤，从而节省了大量的劳力和时间。

②节省了大量的资金

一方面损坏设备肯定得花费大量的资金（去年因为重载频繁点动启动造成变频器损坏，花费大约了40余万元）。另一方面有可能因重载造成皮带撕裂，也得花费大量的资金。

（2）间接经济效益

因皮带巷皮带是全矿的咽喉，它的好坏直接关系着全矿的效益，所以损失不可估量。（在以前就有因损坏CST造成全矿停产一星期的记录）

2、社会效益

主提升皮带进行装载控制技术改造后，数字化程序控制取代了原人工手动控制方式，即减少了用工量，又大大提高了系统运行的可靠性。经过一年多的试运行后，该系统性能好．运行稳定，事故率低，维修最小，操作简单，各种保护齐全，确保了矿井安全可靠提升。

总之,随着科技进步和煤炭开采运输自动化程度的提高,煤矿装载控制技术已逐步渗透到煤矿运输管理各个环节,为煤矿安全生产和高产高效发挥了重要的作用。随着现代控制技术和计算机技术的发展,高性能的装载控制系统在我国一定会有着广阔的前景。