煤矿胶带集控技术的实践应用

张国栋

（山西大同同煤集团马脊梁矿皮带三队，山西 大同 037027）

1 工程背景

同煤集团马脊梁矿位于大同市西部边缘40km处，已有70年的开采历史，经多次技术改造当前矿井设计能力为180万t/a。近年来，以矿井综合自动化为主导和以信息技术为引领的数字化矿山建设突飞猛进。同煤集团马脊梁矿井下胶带运输系统承担着矿井原煤外运任务，具有战线长、用人多、岗位分散但关联性强、逻辑关系清晰等特点，更加适合“两化”融合，抢先一步向着信息化、智能化、可视化、集中加分布式控制化的方向发展是大势所趋。因此，集远程控制、实时保护、运行监视于一体的胶带集中控制系统应运而生，在马脊梁矿井下胶带运输系统中进行了实践应用。

2 胶带集控实施方案及系统

2.1 总体方案

根据马脊梁矿井下主运胶带和煤仓分布情况，结合其运量大小、关联关系，大体划分为强力胶带单元、西翼胶带单元和南翼胶带单元共计三个集控单元，涵盖主井胶带、千米胶带、南翼一部、二部胶带、卸载坑胶带和西翼仓下胶带共计六部胶带。剩余三部胶带由于服务年限较短，考虑投入与产出比，暂未纳入集控系统。

三个集控单元中各布置主控箱一台，以实现胶带开停关联关系。每部胶带配就地控制箱一台，以实现检修状态下闭锁、正常状态下联锁和故障状态下就地操控。每部胶带每10m设置紧急停车装置一个，通过沿线急停拉线，实现急停功能。每部胶带每200m设置语音对讲装置一个，实现集控中心与巡检人员信息沟通、远程启车语音播报功能。每部胶带配置跑偏保护、烟雾保护、温度保护、打滑保护、电流监测、淤煤保护装置一套，保证胶带非正常运行状态自动停车。集控中心布置大屏幕电视墙一面、语音通信联络系统一套，为集控中心提供足够的信息及参数，以便准确判定操作结果、直观监视运行状态、指挥巡检工实时干预。井下每部胶带机头、机尾适当位置安装防爆摄像机一台，实时反馈视频信息所有视频、音频及系统运行参数，通过井下环网进行数据上传，指挥中心后台设置音频、视频及参数解码器，将上传信息分类显示。

2.2 方案实施

2.2.1 集控中心方案实施

集控中心与生产调度指挥中心及瓦斯监测中心“三合一”更有利于生产指挥、事故处理、安全监测，更有利于全面了解和掌握井下生产现场实时动态，因此对原生产调度指挥中心进行了扩建。新建指挥中心长14m、宽10m、高4.5m，布置大屏幕电视墙一面，长4.8m、宽1.2m操作台两个，配置电脑10台，座椅8套。

指挥中心大屏幕电视墙采用4×11布置格局，用于显示生产现场视额信息、胶带集控信息和瓦斯监测信息、提升系统信息等众多与生产现场相关的实时信息。另外布置LED显示屏一块，用于滚动显示生产信息网自动生成的实时信息。

2.2.2 井下现场方案实施

集控中心所能获得的信息，全部来自于井下现场。以第一单元为例，布置主控制器一台，用于两部胶带联锁和信息参数收集、调制、上传；布置智能输入输出一台，用于判断各保护装置动作情况并实时控制胶带停车；沿线每100m布置闭锁开关一个，用于紧急情况下现场停机；沿线每200m布置扩音电话一部，用于井上、井下通信联络；速度、温度、烟雾、跑偏、堆煤保护传感器用于监测胶带运行状态，非正常状态自动停车。其他单元与此类似。集控设备及保护装置布置如图2所示。

图2 集控设备及保护装置布置图

2016年9月底，设备到货后，在厂家技术指导下开始对井下部分实施安装。为确保新技术能够在短时间内吸收融化，采取了以下措施：（1）从电工中选拔技术娴熟、有积极进取心、接收新知识、新技术能力强的人员担当安装工；（2）要求边干、边学，安装完毕基本搞懂胶带集控系统各类设备性能、故障判断方法及设备之间内在关系；（3）安装结束后，通过考试择优选拔集控中心操作人员，并实行“一岗双责”，既能担当集控司机，又能胜任系统维护工作。受上述措施的激励，多数安装人员迅速掌握了KTC101胶带控制系统主控箱、保护、闭锁、扩音电话等设备之间的内在联系。

3 系统核心技术分析

（1）KTC101集分布式控制和现场总线控制于一身，采用CAN总线技术，从而使系统单总线无中继最长距离达到4km。

（2）抗干扰能力强。CAN总线采用两芯双绞线进行数据的差分平衡传输，这极大抑制了共模干扰对数据传输的影响。对某些使用单一芯线进行数据传输的系统来讲，共模干扰始终是困扰其数据通信的问题。

（3）系统是集通信、控制、保护、状态显示、启停车报警等功能于一身的先进控制系统，程序界面美观、逼真、立体感强，报警显示功能强大，可以实现地面监控中心远程控制及状态显示、多点闭锁和闭锁点位置显示、非正常运行状态中报警显示等功能。

（4）系统的工作方式可设置为集控、就地、检修、点动，实现了对井下三个单元胶带的就地控制和地面监控中心的远程控制功能。

（5）实现正常状态下联锁、检修状态下闭锁和故障状态下就地操控。设备联锁时，实现逆煤流启车、顺煤流停车。当井下胶带进入检修状态时，现场人员会将胶带闭锁，设备之间的联锁关系取消，集控中心远程启车功能被暂停，从而确保检修人员安全。

（6）胶带系统安装完备的保护装置，实现烟雾、堆煤、纵撕、跑偏、环境温度、速度、超温洒水、煤仓煤位等保护，保证胶带非正常运行状态自动报警停车。

（7）系统中还配彩色网络摄像机、语音通信联络系统，为集控中心提供足够的信息及参数，实现井下无人值守，有人巡视。集控中心人员直观监视运行状态、远程操作并指挥巡检工、实时干预集控中心人员与巡检人员，沟通互动方便快捷，更有利于安全生产。

（8）通过井下环网进行数据上传，实现信息网络共享。

（9）集控中心能够看到的所有信息，在局域网内任一计算机上都可以看到，极大地方便了矿各级管理人员了解出煤系统运行状态，对生产组织指挥起到了积极的促进作用。

（10）组合扩音电话及电缆沿胶带架子平行铺设，使用专用的安装板和电缆钩进行固定，设备的连接采用快速连接插头方式，安装简单方便，易维护，极大地减少了设备故障处理的时间，保证生产的顺利进行。

4 效益分析

4.1 经济效益

（1） 节电效益分析

矿井输送机采用集中控制技术后，可实现无煤自动停机，从而减少电耗。按每部输送机无煤空运转每天合计1h，矿现使用6台胶带输送机（总功率为1870kW），电费按0.5元/kW·h计算，那么每年可节约电耗费用为：

1870×1×0.5×360=33.66 万元 /年

（1）节省人工成本

系统安装后，可实现自动控制，每天可节省员工18人，每人每年各种费用按10万元计算，那么每年可节省费用为：

18×10=180万元/年

两项合计为：33.66+180=213.66万元/年。

4.2 安全效益

胶带集控技术的应用提高了该矿运输设备的现代化水平和管理水平，使全矿井主运输送带的运行情况一目了然，实现工艺参数动态管理，有效地提高了设备运行的安全性，同时及时排除设备故障，降低设备事故率，使管理者准确指挥生产，减少决策失误。

4.3 社会效益

集远程控制、实时保护、运行监测于一体的胶带集中控制系统的运行，充分体现出信息化与工业化深度融合带来的极大益处。不仅使矿井管理水平再上一个新台阶，而且胶带集控系统以其先进的科学技术和齐全可靠的保护功能为矿井安全生产、组织指挥提供了可靠的保障。

5 结语

同煤集团马脊梁矿井下胶带集中控制系统的应用是该矿走向数字化矿山建设的重要组成部分，是实现综合集成应用的重大转变，有效地提高了该矿集约化和管理现代化的水平，使得煤矿领域信息技术应用进一步深化。马脊梁矿井下胶带集中控制系统的成功应用为同煤集团井下皮带机集控系统的推广提供了经验。