煤矿井下胶带输送机的无人值守控制系统研究

斯德江

（阳煤集团新景矿煤业有限责任公司，山西阳泉 045000）

0 引言

煤矿作为重要的能源，给全球的经济增长和社会的发展做出了很大贡献。从最开始手工矿井下挖煤，到简单的使用机械，再到现在各种自动化机械和电气设备的应用，使得煤矿井下的挖煤作业效率越来越高，也变得越来越安全。这些都受益于科学技术发展的结果。近些年来，我国的煤矿机械装配在电气化和自动化方面也取得了很大进步，但是与国外较为发达先进的国家相比，仍然存在着系统的运行稳定性不足、工作效率低下、零部件使用寿命短、维护成本高等问题，尤其是与智能化相结合的程度仍有很大的上升空间。胶带运输机由于具有经济性和高效率性，在煤矿井下的应用非常广泛。但是在当前的管理和受自动化程度的影响，需要将煤炭从工作面通过胶带输送机运送至井上，整个过程需要很多工作人员的配合来完成。因此，在操作方面比较复杂。通过智能通信技术和无线通信技术，实现可以远程控制和在线监测以及操作的无人值守控制系统，是比较理想的解决方案。

1 无人值守控制系统简介

在煤矿井下的输送机中安装相应的集散型控制系统，可以用传感器来代替原来的输送司机和清扫人员的工作，并通过通信技术进一步的深入融合，可以实现在指挥中心对整个煤矿井下的操作远程控制，以达到井下输送机无人现场值守的目的（图1）。

在该系统中，通过摄像监视系统可以提高无人系统运行安全性。在没有人的情况下，指挥中心不仅可以详细确认煤矿井下的工作状况，还可以根据实际运行情况进行系统调整。通过无线通信技术，实现检修维护人员和指挥中心随时联系。当指挥中心中通过监视系统或者数据的反馈收集到设备出现故障的信号，将设备的故障信息告诉维护人员，以便维护人员能清楚掌握设备的故障模式，快速进行设备的维修工作。

2 无人值守控制系统各子系统简介

为了满足胶带输送机在无人值守时依然能顺利工作，必须要具备以下6 个系统。

图1 某煤矿井下的胶带输送机无人值守控制系统

（1）在线监测系统。为了实现对煤矿井下各种电气设备工作运行状态的实时确认，必须要对电机、减速器，胶带机主动滚、被动滚和改向滚轴承的温度进行监测，随时掌握设备的运行温度，一旦有异常情况导致温度上升，可以第一时间发现。一般通过在轴承的滚内使用红外测温传感器，对减速器油位和油温进行监测。系统根据各处运行温度的不同进行规格的设定，一旦监测到的传感器温度超过设定温度时，系统就会发出报警，但不停机，将警报信息传递给地面的控制中心监控人员，由监控人员查看情况，根据实际状态作出判断。

（2）胶带输送机综合保护系统。该保护系统能对综合保护系统进行保护，另外还对堆煤保护实行安装系统。由于卸载滚的温度变化能反应出胶带输送机的运行状态，因此，该系统的安装位置在卸载滚的前下方。当胶带输送机有异常情况出现时，系统的温度会上升超出规定值，并且，一旦出现短路时，可能会有烟雾出现，可以通过对超温保护装置和烟雾保护装置的定期上井实验。同样，保护系统可以实现远程的操作，实现远程的复位、屏蔽、选择自主停机功能。工作人员只需要在控制中心通过画面进行监控操作，就可以实现这些操作。为了应对异常的突发情况，胶带输送机沿线急停实现急停开关的位置报送，开关自主停机选择功能。

（3）供电系统。为了无人值守系统能持续有效进行工作，需要提供系统工作所需要的电源。供电系统也需要实现远程监控，通过控制中心的操作，可以对系统内的开关、调速装置、照明综保、变压器等实现远程监控和数据的传输、设置、开停等。

（4）视频监控系统。通过视频监控，能对胶带输送机卸煤处进行实时监视。远期考虑使用机器人巡检检查胶带输送机的机头和机尾的关键部位，彻底实现管理的智能化和自动化。

（5）综合管理中心。将胶带机前面4 个系统集中到一个平台集中管理，每一部胶带机一个模块，模块间相互联系，实现集中控制，并通过中心和地面的控制中心进行数据的传输和交换。

（6）与地面控制中心的及时联络，不仅能随时监控井下设备电气的工作状态，重要的是要将监控的数据上传给地面上控制中心，便于控制中心随时掌握情况，以作综合判断。

3 无人值守控制系统应具备的硬件条件

由于无人值守系统牵涉的面比较广，不仅需要各种软件系统，还需要强大的硬件系统来支持。除此以外，控制中心的工作人员和煤矿井下的作业维修人员也都必须要具备良好的技术能力，同时，为了方便在出现异常情况下维护人员能及时到达第一现场，需要提供安全、便捷的交通工具，而煤矿井下又不同于地面上的交通运输，环境比较复杂，需要综合考虑各种因素。比如，有些煤矿的矿井是多水平，需要对交通工具车进行水平的配置，以免多条线上同时发生故障时而交通工具车不够用的情况出现。维修人员也要根据实际情况来分布，比如某条线出现故障的概率一直比较高，就需要多配备一些工作人员，可以考虑两条线工作时间不同来公用维护人员，减少人员的布置，提高企业济效益。不过，如有必要，也需要对维护人员进行水平的布置。为了提高系统维护和故障排除的响应性，一般维修工具和一些零部件的备品都会直接保管在井下设备的附近。因此，需要设置专门的工具室存放这些工具。对于工具室的管理，做到保存有序，标识和工具要一一对应，便于维护人员拿取。另外，要做成工具清单管理，定期对工具进行盘点，确保工具有足够的备品。各影像监视处，为了提高摄像的清晰度，要增加相应的照明，并且，摄像头要定期去除表面灰层。摄像头要多视角，采用远距离监视，增大监视范围，同时指挥中心的工作人员根据实际情况可以进行距离的调节。

另外，为了增强胶带输送机的运行稳定性，要对胶带输送机的日常进行管理。主要注意以下5 个方面的内容。

（1）胶带的接头要合格，防止胶带跑偏、磨带。对老旧的胶带要及时更换。钢丝绳芯胶带要防止有钢丝绳头甩出。

（2）机架要安装到位，以确保胶带在轨道上运行。

（3）每天检修时要进行实验堆煤、跑偏保护、纵撕保护的确认。

（4）定期对电气设备进行开盖检查和绝缘检查，特别是动作部件，如真空接触器、继电器等。检查线路是否压接牢固。

（5）胶带在运行时要防止大块、杂物卡赌；胶带在机头、机尾发生撕带；胶带跑偏造成叠带；卡拌、卡的质量不够造成断带。

4 煤矿井下智能带式输送机发展方向

放眼未来，我国煤矿井下智能带式输送机主要发展方向如下：

（1）在输送距离和输送能力上将进一步提高。随着煤矿企业规模的扩大化，必然要求输送机要有足够行程的输送能力，并且输送量要大。由于科技水平的上升，当前我国煤矿井下的带式输送机，宽度已经达到了1.6 m，输送距离也已经超过了7 km，在科技力量的推动下，煤矿用带式输送机的输送能力还将达到更高的水平。

（2）功能的多元化。从单纯对物料进行传输，到配合其他设备共同作业使用和自行处理故障，智能带式输送机将具备越来越多的功能，以满足煤矿生产企业的特殊作业环境和作业要求。

（3）核心元器件的功能越来越多样化。在系统的自动化监测、计测和消防安全等方面的技术在我国还处于初期研究的阶段。从国际上其他先进的发达国家技术发展现状以及取得的成果来看，则也是我国未来在这方面发展的趋势。

（4）智能化的程度将进一步提升。通过机电一体化技术和通信技术的进一步发展，在煤矿井下带式输送机中增加更多的智能化应用，以提高设备运行的效率和精度，从而降低设备故障的发生率。

（5）整机的可靠性将进一步提高。整机的协调性将进一步完善，出故障率进一步降低，因此，设备将变得越来越安全，整机寿命也会得到提高。

（6）采用4G 网络通信，可以实现监控数据的高效及时发送，也可以实现井下和控制中心的视频通话。一旦有紧急情况，也可以在第一时间内联系上控制中心人员。随着我国5G 技术的飞跃发展，未来必要是要实现5G 通信，以便更加高效进行数据的传输。

5 结束语

煤矿企业井下胶带输送机实现无人值守，是一个庞大的系统工程。在设备的匹配和兼容上需要提前确认，从硬件上提供保障。对于企业而言，需要进一步提高控制中心和井下维护人员的技术能力，以及他们之间协调作业的默契。无人值守系统各子系统的功能要随时保证不能缺失，才能真正发挥无人值守控制系统的能力。企业需要加大这方面的研究投入，提升煤矿在开采过程中的自动化程度。