30902综采工作面刮板输送机与采煤机协同调速技术应用

杜 伟

(汾西矿业新产业发展有限责任公司 综合修配厂，山西 介休 032000)

实现回采工作面采煤、运输工作协同高效开展对提高采面生产效益具有重要意义[1-2]。为了确保采面煤炭及时外运，矿井采用的刮板输送机功率一般都较大，虽然可避免刮板输送机出现堆煤、运输不及时等问题，但也在一定程度上导致刮板输送机能耗高、工作效率偏低等问题[3-6]。变频器、PLC等设备应用为刮板输送机与采煤机间协同调速控制创造了良好条件[7-8]。文中针对30902综采工作面刮板输送机功率大、能耗高的问题，对刮板输送机与采煤机协同调速技术展开探讨，依据采煤机运行情况、刮板输送机负载调整刮板输送机运行速度，从而在满足煤炭外运基础上降低刮板输送机能耗，提高回采工作面综合效益。

1 工程概况

30902综采工作开采9号煤层，开采范围内地质构造不发育，煤层赋存稳定，煤质为优质无烟煤。9号煤层平均厚度3.9 m、埋深360 m、倾角5～26°，顶底板岩层以粉砂岩、砂质泥岩为主。采面液压支架为ZY8000/25/55型，有效支撑高度2.5～5.5 m；采煤机为MG900/2400-WD型，技术参数见表1，具有牵引功率高、截割功率大等优点，同时采煤机可实现远程遥控控制，牵引速度可无极调速。刮板输送机为SGZ1000/3×1200型，技术参数见表2，可实现变频软启动，并通过变频器实现运行速度调节。

表1 采煤机技术参数

表2 刮板输送机技术参数

现场使用过程中采煤机牵引速度以及刮板输送机运行速度采用人工调节方式时，虽然刮板输送机可满足煤炭运输需要，但是存在速度调节不及时、运行能耗高等问题。为降低综采设备运行能耗，文中提出一种协同调速技术，具体依靠分析采煤机、刮板输送机载荷并通过变频器自动调整刮板输送机运行速度，在不影响采煤机割煤前提下提高刮板输送机运行效率。

2 刮板输送机与采煤机协同调速系统结构及工作原理

2.1 刮板输送机与采煤机工作分析

采煤机包括控制系统、牵引部、截割部以及辅助装置等部分；刮板输送机实现回采工作面煤炭外运的同时为采煤机割煤提供运行通道，包括中部槽、机头、机尾等部分。采煤机、刮板输送机配合过程见图1。

图1 刮板输送机及采煤机协调配合过程

采面煤炭开采量与采煤机推进速度密切相关，采面所有工作均服务于采煤机割煤，在保障安全、可靠的前提下实现采煤机全速割煤可提升矿井生产效益。为此，30902综采工作面采用的刮板输送机运输功率明显高度采煤机割煤功率，可避免由于刮板输送机运输不及时导致采煤机割煤停滞问题。

2.2 速度协同系统结构

2.2.1 协调调速原理

协调调速系统是在满足采面煤炭外运需要(满足采煤机割煤需要)的前提下，通过调整刮板输送机运速降低能耗，控制模式见图2。

采煤机采用恒速运行模式，在t1时刻随着采煤机不断割煤，刮板输送机负载以及运输速度均不断提升；到达t2时刻后，刮板输送机负载达到额定载荷80%，刮板输送机负载、运速与采煤机割煤速度达到平衡；在t3时刻，刮板输送机载荷达到额定载荷85%，此时需要适当调整刮板输送机运行速度，降低刮板输送机上煤炭量；在t4时刻，刮板输送机载荷为额定载荷50%，可将刮板输送机运行速度调节至正常。

图2 刮板输送机调速控制模式

2.2.2 协调调速系统结构

协同调速系统结构见图3，包括PLC、集控箱，调速系统可监测刮板输送机载荷以及采煤机速度，并通过变频器调整刮板输送机运行速度。 PLC是整个协调调速系统的关键，型号为西门子S7-300，包括采煤机PLC、刮板输送机PLC；集控箱为KXJ0.5-1140，可通过无线传输简化通信系统复杂程度。

图3 机协同控制系统结构

3 工程应用效果

30902综采工作面现场应用实践表明，刮板输送机与采煤机协同控制技术现场应用后，可保障采面生产连续性并降低刮板输送机运行能耗。2020年6～8月采面正常生产58 d，生产时间较上半年增加18%；通过保障综采设备开机率，降低了设备启动能耗。从采面圆班增长率分析，平均每个圆班同比节省约30 min，单个正规循环耗时约为50 min、煤炭产量为1 200 t，则每个圆班多生产煤炭约720 t。

以月度电能消耗量为标准计算，由于刮板输送机、采煤机是刮板输送机主要耗能设备，刮板输送机调速运行后，实际工作速度较额定运送速度低30%、电能消耗降低约20%，电费按0.6元/(kW·h)计算，每月至少可节省电费5万元。

4 结 语

1) 30902综采工作面刮板输送机运输能力明显高于采煤机割煤能力，如按照传统的人工调速运行，虽然可满足采面煤炭外运需要，但是也存在能耗高、调速不及时等问题。为此，提出的协同调速系统结构简单，采用传感器监测采煤机牵引速度以及刮板输送机载荷，通过S7-300PLC、KXJ0.5-1140集控箱以及变频器实现了刮板输送机运输速度调节，不仅可满足采面连续生产、提高综采设备开机率而且可降低刮板输送机能耗。

2) 现场应用后，采面每个圆班可多生产煤炭约720 t、月节省电费约5万元，取得了较好的应用成果。