回坡底煤矿带式输送机节能运行系统应用研究

宋沛东

（山西焦煤霍州煤电集团安监局，山西 霍州 031400）

回坡底煤矿主井运输机在改造前采用恒速大扭矩运行方式，在工作面采煤量不断变化情况下，输送机长时间处于低负荷或者空载运行，使其运行成本增加，使用寿命降低，增加了煤矿运输成本。传统带式输送机的工作效率已经不适合当前煤矿机械化高效开采的要求，因此对带式输送机进行改进设计尤为重要。

1 回坡底煤矿主井运输系统组成

回坡底煤矿31302工作面煤矿开采过程：工作面—刮板机—破碎机—转载机—运输大巷皮带—井底煤仓—主井运输皮带—地面，其中从井底煤仓至地面环节为优化环节。

回坡底煤矿带式输送机的组成主要包括皮带、拉紧装置和托辊，其结构如图1所示。物流运输部分依靠挠性皮带，输送皮带环绕在两个滚筒之间，其中一个为驱动滚筒，中间部分利用多支托辊进行承载，皮带上方放置煤炭，驱动滚筒通过摩擦力带动皮带及其煤炭运行，完成输送过程。

图1 回坡底煤矿带式输送机结构图

回坡底煤矿主运输皮带机型号为DTL-120/100/3×400，电压等级1140V，电机功率400kW×3，带宽1200mm，带速3.15m/s, 运输能力为1000t/h，长度2200m，最大坡度6°。

为实现回坡底煤矿主运输机自动节能运行，在原有带式运输机上煤侧前段增加电子皮带秤，实时监测主带式输送机运煤量，并将实时煤量数据传输至带式输送机自动节能运行控制系统，通过对数据处理分析，确定并实时调节运输机的运行速度，达到节能降耗的目的。

2 带式输送机自动节能运行控制设计

2.1 模糊控制输入量确定

带式输送机的自动节能运行控制系统是针对不同工作载荷实现不同的带式输送机的速度控制，完成诸如起动、减速、高效节能等运行模式。多种速度控制的原理类似，高效节能运行模式下，带式输送机的运行速度v要能够根据煤炭的实际运输量q进行调节，实际运输量q作为控制主要参量，可采用模糊控制法进行运算，将煤炭实际运输量q以及运行速度差值vc作为模糊计算输入参数，带式输送机运行速度代表百分数p作为输出参数，以此建立一个二维输入一维输出的带式输送机节能运行模糊控制器。上述的q和vc通过模糊调整后变为Q、VC，其中Q论域为[0，1，2，3，4，5，6]，VC论域为[0，1，2，3，4，5，6]，输出p基本论域[0，2m]，量化论域p=[0，1，2，3，4，5，6]。

2.2 输入输出变量的模糊子集及其隶属度函数确定

通过该模糊控制计算法得到输入和输出参数，输入参数和输出参数形成模糊子集为：[NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB]，其中NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB分别表示负大，负中，负小，零，正小，正中，正大。

本系统对精确参数利用隶属函数来实现模糊处理，针对煤矿带式输送机的模糊控制原理，输入参量与输出参量的隶属关系可通过图2三角形函数进行表示。

图2 输入参量和输出参量隶属函数

如图2所示的隶属函数，分别得到V、Vc和p的隶属函数，其具体关系如表1、表2所示。

表1 V、Vc隶属函数表

表2 p隶属函数表

2.3 模糊规则制定及模糊关系求解

结合煤矿井下工人控制经验及井下技术部门的专业数据，得出了带式输送机速度百分数p的控制原则，模糊控制数据如表3所示。

表3 输出参数 p模糊控制

本系统采用Mamdani条件语言准则，模糊推理使用if...then...模型，由表3可以看出输入和输出参数可得出49种关系，对于这些关系采取并计算，得出输入参数q、vc和输出参数p的模糊关系R。

其p的模糊推理公式为：

通过平均最大隶属度的方法判决可使结果更加精准，通过判决后的输出参数p的模糊控制查询表如图4所示。

主井带式输送机运行时，根据内部控制模块的计算，对输入参数q和Vc进行记录，模糊处理输入参数，并参考模糊控制表得出输出参数p的数值。

表4 输出参数p模糊控制查询表

3 节能效果分析

将该系统应用于回坡底煤矿主井带式输送机上，得到进行节能优化前后的带式输送机速度和带式输送机运量的对比结果如图4所示。

图3 主井带式输送机优化前后对比图

优化设计前和优化设计后的24h用电量对比：优化前，峰时电量640kW·h，平时电量1920kW·h，谷时电量1280kW·h；优化后，峰时电量0，平时电量908kW·h，谷时电量678kW·h。

优化设计前和优化设计后的24h用电电费对比：优化前，峰时电费768元，平时电费1920元，谷时电费640元；优化后，峰时电费0元，平时电费908元，谷时电费339元。

通过对回坡底煤矿主井带式输送机节能系统设计前后的用电量和对应用电成本进行对比，用电量减少58.7%，用电成本降低62.5%。可以发现优化后的运输机节能系统用电量和费用都明显降低，提高了运输效率。

4 结论

根据回坡底煤矿主井带式输送机实际节能数据分析，利用模糊控制理论实现的皮带速度调节模型可以根据煤炭运量的大小对带式输送机速度进行调整。通过优化使运输机实现了变频节能控制，能源消耗明显降低，开采设备得到了高效利用，控制优化更加柔性。该带式输送机节能控制系统值得向其他煤矿推广应用。