煤矿智能化煤流控制系统应用分析

孟小军

（晋煤集团寺河煤矿二号井，山西 晋城 048019）

1 概 述

晋煤集团寺河煤矿二号井井下原煤运输系统比较复杂，井下为3 个盘区（九七盘区、九四盘区和一五三盘区）分区开采。三个盘区原煤先后通过胶带运输大巷3 部皮带、集中胶带运输巷皮带、二号煤仓、主斜井胶带运输机运输上井。

九七盘区运煤路线为97103 巷两部皮带连续运输，再经过9#煤南胶带大巷两部皮带，最后通过三号煤仓落到胶带运输大巷第二部皮带机上。一五三盘区运煤路线为153103 巷两部皮带连续运输，再经过15#煤南胶带大巷两部皮带，最后落煤在胶带运输大巷第二部皮带机上。九四盘区运煤路线为94103 巷两部皮带连续运输，通过五号煤仓落煤在北二巷皮带机上，北二巷皮带搭接在胶带运输大巷第三部皮带机上。

寺河煤矿二号井皮带数量较多，且相对比较分散，并采用逆煤流启动、顺煤流停机，不论皮带上煤量有无、多少，前方盘区皮带和主运输大巷皮带都要全速运行，造成皮带空转时间较长，设备磨损和电能浪费，因而改造智能煤流系统非常必要。

2 智能化煤流控制系统结构及特点

2.1 系统结构组成

智能化煤流控制系统主要由料流传感器、矿用本安型可编程控制器（简称煤流控制器）、矿用隔爆兼本安型电源箱、矿用本安型速度传感器、工控机、调速控制软件等组成，如图1。

（1）料流传感器主要用于检测皮带断面的高度，通过超声波传感器和激光传感器对皮带的断面进行测量，得出皮带上煤的截面积。工作电源为DC18 V，测量范围为0.5～3 m，误差为±5%（F.S）。

（2）速度传感器输出电压为15 V，速度检测范围为0～6 m/s，输出频率为200～1000 Hz，输出电流为4～20 mA。速度传感器根据皮带截面积以及检测的皮带速度，计算出皮带上的瞬时煤量。

（3）煤流调速控制器输出电压为DC12 V，采用16 路本安开关量/频率量（复用）输入信号，10路继电器输出/6 路三极管输出信号。煤流调速控制器可根据皮带上的煤流数据或地面调速计算机的调速指令控制皮带变频器的速度，并通过以太网读取煤流量传感器的数据，进行存储，即可得出皮带上的煤流分布。

（4）地面调速计算机与多台煤流调速控制器进行通讯，显示皮带的故障，控制皮带的启停和速度。

图1 智能化煤流系统结构示意图

2.2 系统特点

（1）智能化煤流系统避免了传统视频识别方法的弊端，在煤尘大、皮带上有煤水、光源照射的环境下能有效可靠检测皮带上的煤流量，维护量少。

（2）该系统独有的算法和系统架构可以不依托上位计算机实现单条皮带依据煤流量单独自动调速，煤流调速就地控制器计算和调度计算机全局计算双重计算和控制，实现超前响应、平稳调速，避免堆煤及胶带机运行速度震荡。

（3）当智能化煤流系统断电故障出现，煤流分布数据丢失时，系统可自动转入逆煤流启动流程，从而保证了煤流系统正常运行。当传感器在线诊断功能传感器失效时，皮带立即以最大速度运行，避免堆煤，以保证安全。

（4）根据煤流量通过胶带运输机智能煤流调速控制器实现皮带变频器的控制、速度调节，减少机械磨损，节省电能，实现顺煤流启动，顺煤流停车，节省电能。

（5）地面智能煤流集控中心实时监测煤矿井下皮带工作状态及煤流分布等数据，显示各输送机沿线煤量分布和总负载数据以及系统故障情况，远程操控皮带机启停和调速，并实现报表分析显示。

3 智能煤流系统实施方案及应用效果分析

3.1 智能煤流系统实施方案

（1）在集中胶带运输巷、主运输大巷第一部、第二部皮带输送机、9#煤南胶带大巷输送机、15#煤南胶带大巷输送机配置矿用本安型可编程控制器（胶带运输机智能煤流调速控制器），用于皮带变频器的控制和数据上传与远控。

（2）在9#煤南胶带大巷一部皮带机尾、9#煤南胶带大巷二部皮带机尾、15#煤南胶带大巷一部皮带机尾、15#煤南胶带大巷二部皮带机尾、主运输巷一部皮带机尾、主运输巷二部皮带和15#煤南胶带大巷一部皮带搭接处、主运输巷三部皮带机尾均安装1 台料流传感器和1 台速度（位移）传感器。料流传感器采用激光及超声波探头融合方式进行测量，实时采集皮带上的煤流分布。

3.2 实际应用效果分析

2019 年7 月寺河煤矿二号井煤流系统进行优化改进，截至2020 年6 月，通过12 个月实际应用效果来看取得了显著应用成效。

（1）降低了空载率。优化后煤流系统中输送机电机功率为160 kW，带速3.15 m/s，实现主煤流运输系统“按需起停”控制，大大减少系统空载运行率，可以降低空载运行率50%。

（2）降低了设备维修成本费用。该系统投入使用后有效降低主煤流运输系统的轻载运行率，大大降低设备磨损，延长设备使用寿命，约延长20%。本项目未实施的2018 年，全年相关皮带更换上托辊1264 组、下托辊873 组，本项目实施后2019 年7 月—2020 年6 月，更换上托辊984 组、下托辊752 组，减少成本15.3 万元。

（3）提高了节能效果。该系统投入使用后有效降低主煤流运输系统的轻载运行率，大大减少由此产生的无功效能耗，针对不同皮带机，可以实现约5%以上的节能效果。本项目未实施的2018 年，全年相关皮带耗电能约630 万kW·h，本项目实施后2019 年7 月—2020 年6 月，皮带耗电能约593万kW·h，减少成本约19.2 万元，实现节能5.8%。

4 结束语

智能煤流系统采用超声和激光融合的料流检测方式，实现有煤尘和水的环境下准确、快速地进行带式输送机上煤流量的检测，通过系统控制软件安全冗余预测算法，实现皮带全系统根据煤流自动调速。使用煤流自动调速系统将大幅降低皮带更换托辊和维修皮带的工作量， 降低了皮带机过载停车的风险，提高了设备的可靠性和安全性，减轻了工人的工作量和劳动强度，有效地保证工人的身体状况，提高了生产效率。