煤矿带式输送机运输系统顺煤流启动控制技术研究

曹晓源

（汾西矿业柳湾煤矿，山西 孝义 032303）

引言

带式输送机依靠滚筒、输送带间摩擦力输送带上煤流运动，从而实现井下综采工作面煤炭外运，具有稳定性好、结构简单以及适用性强等优点，通过多个带式输送机搭接即可实现复杂环境长距离运输[1-2]。带式输送机由于功率大、使用时间长，是矿井运输系统主要能耗设备，降低带式输送机能耗对提升矿井经济效益具有一定的促进意义[3]。现阶段带式输送机多采用逆煤流方式，此种启动方式可保障煤炭运输安全，但是也存在带式输送机空转时间长、磨损量增加以及能耗高等问题[4-7]。为此，文中根据日常工作经验提出一种顺煤流启动控制技术，在满足煤炭运输需要的前提下确保带式输送机可平稳运行，同时实现带式输送机运行速度依据运送载荷动态调整，实现带式输送机经济、高效运行。

1 3509 综采工作面工程概况

山西某矿现阶段生产主要集中在南翼3 采区，开采5 号煤层，煤层厚度均值3.8 m，赋存稳定，采用综采开采方式。5 号煤层3509 综采工作面开采的原煤经采面刮板输送机，运输巷、采区、运输暗斜井以及主斜带式输送机转载运输到地面进行煤炭洗选。煤炭采用搭接运输方式，运输长度共计5 980 m，总装机功率2 650 kW，采用逆煤流启动方式，即可主斜井带式输送机率先启动、采面运输巷带式输送机最后启动，同时输送机运输速度保持3.6 m/min。带式输送机运行存在能耗高、运输系统启动时间长等问题。

2 带式输送机顺煤流启动技术原理

针对现有带式输送机逆煤流启动存在的能耗高、资源浪费以及磨损程度增加等问题，文中提出采用顺煤流启动方式。该顺煤流启动控制方式见图1所示，该控制方式综合带速监测、变频控制以及运量检测等功能。

图1 顺煤流启动控制方式结构图

从图中1 中看出，该顺煤流启动控制核心组件以PLC 为核心，在PLC 内嵌运量-带速匹配模型，可实带速与运量间的智能调整，在满足煤炭运输需要的同时降低带式输送机运行能耗。运量检测采用激光扫描法，通过对输送带上堆积的煤炭体积进行实时分析获取输送煤量；带式输送机带速监测依靠布置在输送带下方的机械编码器实现。PLC 通过对获取到的运量以及带速进行分析，从而输出合理的运行速度。

在带速输送机多级搭接运输时，首先需要确定上一级带式输送机运行速度并依据带式输送机长度确定物料运送距离，从而确定邻近的下一级带式输送机最佳启动时间、启动速度，提升带式输送机运输经济性。

3 带式输送机顺煤流软启动方式及控制方案

3.1 带式输送机顺煤流软启动方式

带式输送机顺煤流启动时需要有较强的反应能力并在短时间内加速运行到额定设定速度。在初期启动时加速度越快则对输送机造成的振动冲击越大，会给带式输送机运行可靠性以及使用寿命等造成影响。为了在满足带式输送机安全运行的前提下提升启动初期加速度，文中对带式输送机软启动方式进行比对优选，具体不同启动方式特性曲线见图2 所示。

图2 不同启动方式特性曲线

从图2 中可知，带式输送机软启动采用等加速度启动控制方式时，启动初期会给带式输送机明显的冲击，同时启动耗时长，无法满足快速启动需要；选用正弦启动或者抛物线型启动控制方式时，两者的加速度变化率较大，但是启动时间有较小差异，会给带式输送机初期启动时较大的冲击力，因而无法满足平稳启动需要；等三角形启动控制方式具有启动冲击小、启动速度快等优点，可满足带式输送机快速、平稳启动需要。

3.2 带式输送机顺煤流启动控制方案

文中提出采用顺煤流启动方式控制带式输送机运行，从而降低设备运行能耗以及磨损等。为避免带式输送机顺煤流启动时，上级输送机将煤流运输至下级输送机而下级带式输送机仍未启动的问题，需要合理确定带式输送机顺煤流启动时间。

带式输送机运输系统简化图见图3 所示，设定井下带式输送机运输系统中1 号带式输送机平稳运行速度为V，输送机按照等三角型启动时启动耗时为ts，1 号带式输送机运输距离L1应大于Vts；下一级带式输送机（2 号带式输送机）延伸启动时间t2可通过下述公式计算：t2=（L1+L2）/V-ts，其中L2表示下一级带式输送机（2 号带式输送机）运输长度。依次类推，即可求得后一级带式输送机启动时间。若后一级带式输送机未在设定时间内启动，则前级带式输送机紧急停机，避免出现输送机堆煤事故。

图3 带式输送机运输系统简化图

4 现场应用效果

矿井带式输送机运输系统于2020 年10 月完成顺煤流启动改造，在后续过程中带式输送机可实现顺煤流启动运行，期间未出现堆煤、启动故障等问题，同时运行速度可依据运输煤量调整。现场应用后带式输送机能耗降低15%以上，预计年可节省电费投入约55 万元。

5 结语

为提高矿井带式输送机运输系统运行可靠性以及经济性，提出将顺煤流启动控制技术应用到带式输送机运行控制中。控制系统以PLC 为核心，通过采用传感器获取输送机煤流量以及运行速度，在实现顺煤流启动同时可依据运输载荷动态调整运速，从而提升带式输送机运行效率。在顺煤流启动控制时，带式输送机软启动采用的等三角形启动控制方式具有启动冲击小、启动速度快等优点，可满足带式输送机快速、平稳启动需要。

现场应用后，矿井井下煤炭运输系统可平稳运行，期间未出现输送机堆煤、运输故障等情况，预计年可降低运输系统电费投入约55 万元，取得较好的应用效果。