井下主运输集控系统在柠条塔矿井的应用

摘 要：文章以柠条塔矿井井下主运输系统为例，讲述现代化矿井在胶带输送机驱动系统的选择，胶带保护系统的配置，及胶带集控系统将变频系统、胶带保护系统接入胶带集控PLC统一控制，并接入矿井自动化网络的应用。

关键词：井下主运输系统；变频驱动；胶带保护；胶带集控

1 概述

1.1 矿井概况

陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司柠条塔矿井位于陕西省神木县西北部，矿井可采储量为1651.50Mt，矿井生产能力为12.00Mt/a时，服务年限为98.3a，其中一水平服务年限为48.8a。

1.2 井下主运输系统的组成

矿井煤炭运输系统为：回采工作面的煤炭经运输顺槽胶带输送机→各分煤层胶带输送机大巷→各分煤层集中煤仓-胶带输送机大巷→主斜井胶带输送机→地面。

掘进工作面出煤，经其配套的胶带输送机，转载到各分煤层胶带输送机大巷，汇入主煤流系统。

2 胶带驱动的选择

由于本矿井井下带式输送机运输距离长、运输能力大，为降低起动和制动时胶带的动张力，减少对电网的冲击和各承力部件的动载荷，因此在驱动装置选型时需采用软起/停方式。

根据国内现有生产矿井的实际使用情况，设计对井下各条带式输送机的驱动方式进行了CST驱动、变频驱动、调速型液力偶合器驱动等多方案比较。

2.1 CST驱动系统

CST驱动系统由交流异步电动机+CST驱动装置构成。

CST驱动系统的优点：有着较好的停车性能；多机功率平衡；可驱动较大电动机功率，驱动功率可超过2000kW。就目前井下多电动机大功率（超过630kW）胶带输送机而言，CST系统尚有其他传动方式不可替代的作用。

CST驱动系统的缺点：CST系统不具备调速功能；需要专门冷却系统，包括冷却风机、油泵、加热器等；系统需使用费用较贵的专用润滑油，且必须定期更换润滑油；系统复杂，对液压元器件的维护技术要求高，占地较大。

2.2 变频驱动系统

变频驱动系统由变频电动机+减速器+交-直-交防爆变频电控系统组成。通过改变输入电源的频率来改变电机定子旋转磁场速度，从而对电动机的不间断运转进行转速调整，能2象限或4象限运行，具有电气制动和能量反馈功能。

防爆变频驱动系统在井下胶带运输的优点是：功率因数高，高次谐波分量低，技术先进、控制可靠、能实现无极调速、调速范围宽、控制精度高、响应快、保护完善、抗干扰能力强、可实现现各胶带机的驱动点之间的功率平衡和速度同步，适用于长距离、大功率、线路复杂的带式输送机；可长时间地保持低速运行，可满足长距离带式输送机的调验带速度要求；可根据井下原煤的生产情况调节带速，特别适用于变负荷或非满负荷工作状态的电机，节能效果明显。

缺点是变频器最大功率为630kVA，且电压为1140V，需设置变压设备；会产生高次谐波，污染电网，需增加谐波治理装置。

2.3 调速型液力偶合器驱动系统

调速型液力偶合器驱动系统由交流异步电动机+减速器+调速型液力偶合器组成。

调速型液力偶合器驱动系统的缺点是起动性能一般，调速精度低，起动速度曲线自动控制功能差，响应速度慢，起动力矩小，体积大，发热量大，需附加油液冷却系统，漏液情况较严重，有滑差，通常用于驱动功率较小的带式输送机，故在本矿的条件下不太适用，不予考虑。

根据以上分析，柠条塔矿井井下各带式输送机驱动方式采用国产矿用隔爆型变频器，但其投资低，可实现调整功能，能适应井下生产发生变化的情况。

3 胶带集控系统技术要求

胶带输送机集中控制系统为通讯、控制、保护、报警一体化系统，实现对胶带机的联锁控制。同时对各胶带输送机的状态进行监控，实现对各胶带输送机启停控制及紧急闭锁、跑偏、打滑、纵撕、温度、烟雾、堆煤、超温洒水、电机故障、电机温度、电机电流等信号的显示、判断和报警功能，有清晰的启停皮带预警声音，通话质量和放音质量清晰。系统可实现逆煤流自动控制启动设备，顺煤流停车。

集中控制器对输送机的运行工况、带速、电机温度、张紧情况、电机电流、传动滚筒温度等进行实时汉字显示，当检测数据超过设定安全值时进行语音报警。按下沿线的闭锁按钮或拉动系统电缆均可紧急停车，并在控制器上显示出急停位置。各种传感器的保护延时，现场可调，不需在程序上进行修改。传感器保护类型可设置“报警停车”和“报警不停车”。皮带有防坐人保护和环境温度检测功能。能对各种标准模拟量信号进行有效检测。系统本身具有完善的自诊断功能，能显示出各种配置模块故障、通讯沿线故障及各种传感器与电缆的断路、短路故障。

控制系统带有扩展功能，当皮带延长时，只需增加通讯电缆和组合扩音电话即可；能控制多条皮带，实现多种逻辑控制，当有新皮带需加入此系统的控制时，无需再添置额外设备，都能进行有效控制；系统有远方控制分站，可以远方采集信号，根据需要可在系统中接入就地启停按钮，实现集中和分布式控制；系统有modbus RTU串口，可以与井下其他设备进行通讯；有TCP/IP接口，接入井下以太网系统。

4 结束语

柠条塔矿井井下主运输系统各条胶带均采用变频软启动方式。主控系统由太原罗克佳华提供的隔爆型可编程控制器完成，保护由天津华宁电子有限公司KTC101胶带保护系统实现，驱动装置唐山开诚电器有限公司提供的变频软启动器。

本系统特点在于胶带的集控系统将变频驱动系统、胶带保护系统接入胶带集控PLC统一控制，并由网络设备接入综合监控系统网络，即可实现在矿井调度中心远程控制，又可实现自动手动控制，根据矿井工作面产量的不同，可自动调整胶带的运行速度，以实现节能增收效果。

且系统中，胶带保护系统也有着更先进的设计思路。各胶带保护系统并非以往所作均为独立系统，而是所有胶带保护系统为统一整体，与前后胶带的保护系统由联结部位的扩音电话将其从硬件上也连接起来，从而实现井下主运输胶带自动化系统在硬件、软件两方面都为真正的统一整体。

参考文献

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作者简介：王伟（1982，3-），男，陕西人，毕业于中国矿业大学，学士，工程师，从事电气工程设计。endprint