矿井带式输送机节能优化

孙鹏飞

上海大屯能源股份有限公司机电管理部 江苏徐州 221611

煤矿井下带式输送机作为原煤运输的主要设备，其运输质量关系到煤矿的产能大小。传统的带式输送机功率基本保持恒定，但往往超过实际需求，增加电能损耗，加剧设备磨损，导致设备故障率上升。带式输送机运行状态复杂多变，存在空载、轻载、带载、过载等状态，设备的电流、功率也随负载情况不断波动，容易导致能源浪费和安全隐患。因此，需要不断对带式输送机系统进行优化。

1 带式输送机能耗原因分析

在采煤工作面的实际生产中，为了确保整个工作面生产的安全性，采用逆煤流的方式启动综采工作面的各个设备，即先启动主带式输送机，然后启动顺槽皮带机，最后启动采煤机。也就是说，在采煤机启动时带式输送机以空载的状态运行，而运行速度为最大载重的运行速度，从而造成了电能的浪费。此外，针对配有煤仓的煤矿带式输送机的带速还需根据煤仓中煤炭储量及变化率等参数进行控制[1]。

2 矿井带式输送机节能优化

2.1 重视散热技术改善变频性能

考虑到煤矿井下防爆性能的要求，变频器的主要核心部件都是在一个密封的防爆外壳内，这也会带来一系列技术问题。由于变频器在运行过程中会散发大量的热，若不及时散热，就会导致变频器内部元器件的温度升高，严重影响变频器的性能，甚至会引发安全事故。一般情况下，采用冷却风机加真空热管的方式对变频器进行散热，但是由于井下狭小的工作环境，散热的效果会变得很差。这就需要采取一定的措施来改善散热状况，例如使用一些水冷设备来散热等，重视对散热技术的研发。只有这样，才能保证变频器的运行，才能发挥其在节能方面的优势。

2.2 PLC控制系统的设计

PLC软件设计是为了监测带式输送机的工作状态和设备的故障处理，它可以将带式输送机的实时状态（运行电流、电压、运行速度、带式输送机综合保护等）提供给上位机，保障带式输送机的安全运行。

PLC控制软件包括了主程序设计、I/O地址的分配、通信程序和故障程序。本文选取的PLC编程软件是西门子公司生产的STEP7编程软件。在编程软件上编PLC程序时应当将目标的控制任务进行模块式的划分，分别对每个小程序进行编写，这样不仅避免编写的程序太长造成了混乱，模块式的编程更有益于程序内部的处理，加快程序的响应速度[2]。在进行主程序的设计时，应当充分考虑到设计主程序时实现手动停车、机动停车和全线停车，并可以将三种方式进行互相的切换。

2.3 矿用皮带变频技术

变频器能够根据荷载控制带式输送机运行速度，提高整个运输系统的工作效率。矿用皮带变频系统主要由变频器、PLC控制系统、电动机驱动部分等组成。机变频器采集带式输送的运行工况，然后传送到PLC控制系统进行处理分析，并由PLC控制系统发出信号指示相关设备做出反馈，协同完成过程控制等任务。主控设备、电源控制台是整个系统的主要控制构件。工作人员根据上位机组态画面的运行参数，通过控制组态换上的控制按钮来操作，完成对带式输送机的精准控制。

2.4 带式输送机监控系统

视频监控系统采用无线传输方式，摄像机采用IP数字防爆摄像机，能把视频信号转化为数字信号，通过无线网络传输到就近基站，再通过基站和光纤网络传输到地面监控中心。井下基站采用多点分布，冗余传输的方式，基站和基站之间用无线桥接方式、基站和摄像机之间采用AP方式传输数据，达到无缝隙覆盖。同时安装移动式摄像机，对特殊现场或临时情况监控，此摄像机为无线摄像机，可以就近和无线基站联通，供电同时采用有线和无线两种模式[3]。

利用视频信息可以估算带式输送机的负载情况，据此利用先进的智能控制方法可以调节实时运行带速及多电机驱动系统的同步协调性，实现带式输送机节能安全运行。

自动化控制系统由集中控制系统、通讯网络平台组成。通过建立实时工业环网与无线网络覆盖，将各个设备联系在一起，实现与各设备之间的数据交换。在地面监控中心实现对工作设备的远程控制（手动调节、自动启停、联机控制），对带式输送机及其附属设备进行控制。对每一台设备的运行工况进行采集、存储、显示、报警、控制。并将采集到的数据通过井下万兆环网传输到地面监控中心，在地面监控中心的存储服务器，对采集的相关数据进行存储、显示和分析。

当带式输送机上没有任何负载时，皮带速度减慢并直至停止作业；当带式输送机上有煤流通过时，运行速度随即增加，并根据实际负载情况实时匹配最佳运行速度，达到工作效率提升和设备损耗、电能消耗降低的目的。当带式输送机因特殊外界情况出现系统自身不能解决的问题时，能够及时发出反馈警报并迅速关停带式输送机运行，并将其反馈到地面监控中心，保障皮带运输煤炭安全进行。

3 结语

带式输送机是煤矿井下一种重要的煤炭运输设备，长时间运行需要消耗大量的电能。针对带式输送机这种高能耗设备，很多煤矿都对带式输送机进行了变频技术改造。在改造后，带式输送机的性能得到了明显改善，而且有很不错的节能效果，提升了煤矿企业的经济效益。从长远来看，带式输送机变频技术改造后能大幅度降低生产的成本，是一项值得推广的技术。虽然变频技术在节能上有很大的优势，但带来的问题也是不容忽视的，例如变频过程中产生的谐波污染电网等。