自动化控制在煤矿井下皮带运输系统中的应用

2022-07-25许良雨

当代化工研究 2022年13期

＊许良雨

（山西焦煤汾西矿业集团香源煤业有限公司山西 030500）

煤矿生产大部分都是在井下进行，施工环境较为恶劣，为了保障井下施工的顺利开展，提高井下施工生产效率和安全，应当不断地完善煤矿井下皮带运输系统。这种运输方式操作便捷，能够进行连续性运输，而且覆盖面积较为广泛。但在实际应用过程中，皮带运输系统在长时间的高负荷运作下，容易出现故障，给煤矿生产带来了一定的安全隐患。基于此，应当充分发挥现代科学技术的作用，将自动化控制技术应用于煤矿井下皮带运输系统中，以提高皮带运输系统的运行安全，保障运输效率。

1.皮带自动化控制系统的组成和特点

皮带自动化控制系统的组成包含了两个方面：一个是保护装置。主要起到的是一些基础性作用，防止煤炭运输过程中跑偏，或是出现打滑、堆煤现象。现如今，还需要进一步提升保护装置在安全方面的作用，其运行灵敏性还有待于进一步提升。基于此，应当不断地提升保护装置的技术水平，对其实施有效的保护；另一个是带式输送机。这部分是皮带运输系统中的重要组成部分，其技术水平将直接影响煤矿井下生产效率，需予以重视。当前已经研发了多种不同类型的制动装置、软启动，其运行较为稳定，而且动力消耗方面也比较低，有着多种驱动方式，可以根据实际情况来加以选择[1]。

皮带自动化控制系统的特点：一是该系统的运作成本不高。采用的是远程分布模式，无需过多的机组布线，而且还不会降低生产效率，在一定程度上降低了系统的运行成本。另外，皮带自动化控制系统还具有故障识别能力，能够通过自查自检的方式，来及时发现系统中的故障，并加以及时解决，降低了后期维修成本；二是采用了全分布式系统结构。既可以实现井下生产的有效控制，又能够为地面作业提供便利。主机和分机之间具有一定的联系，但不会相互影响，若某一个电机出现事故，其他机组仍然能够保持正常运行状态；三是自动化控制水平较高。在系统运行过程中，操作人员可以对其进行远程监控，及时接收和处理信息，把控各设备的运行状态。而且在实际生产过程中，还可以将监控系统有效结合皮带运输系统，通过图像、视频来监控各个生产流程，以保障生产的安全性，实现信息数据共享[2]。

2.煤矿井下运输系统中自动化控制的功能

（1）单部皮带运输系统的控制功能。煤矿井下如若是单部皮带运输系统运行，那么皮带输送机的整个线路都应当配备语音呼叫和预警功能。可在皮带运输系统的机头、机尾分别装设语音对讲音响，音响之间的安装距离为200m。其目的在于当皮带运输系统出现故障的时候，可以及时通知相关人员，由附近工作人员进行修复和处理，避免发生安全事故。与此同时，还应当实时查看皮带输送机的实际情况，可将视频监控装置安装于落煤点，以便于掌握皮带运输系统的实际运行状况[3]。还应当将超稳洒水系统安装于皮带输送机中，并且还要设置相应的保护装置，如烟雾保护装置、温度保护装置等，以提高煤炭运输的安全性。在自动化控制系统下，皮带输送机可以自动设定启动顺序，或是自动停止运行。如若是处于输送机维修状态，那么也可以控制单台的启动和停止。每一个点位的动作，都可以在显示屏中呈现，能够实现局部集控。每一台皮带输送机都应当装设就地选择控制开关，要具备一键启停功能。

（2）所有皮带运输系统控制功能。在自动化控制技术的支持下，皮带运输系统可以按照已经设定好的程序来进行启动和停止，在维修状态下可把控一台输送机的启动和停止。运输系统的控制台应当具备记忆显示功能，而且要能够进行自动诊断，需显示设备运行状态、性能，明确故障发生的位置。与此同时，还要装设语音通信系统、急停闭锁系统、故障警报系统，以便于及时处理运输系统中的故障，防止安全事故的发生。每相隔100m，就应当设置急停闭锁装置，并且其需要带有拉线功能，每相隔200m则要设置扩音电话，并且要带有拉线急停功能[4]。另外，自动化控制的皮带运输系统，还应当与井上的计算机进行联网，以便于通过图文来掌握井下生产的实际情况，把控好皮带运输系统的运行状态，及时发现其运行中存在的故障。皮带运输系统应当配备标准接口，以便于和其他互联网相连接，实现网络扩展，可采用适宜的快速插接件，其安全防护等级要达到标准要求，不可错误连接，否则会影响系统中的各项设备。还应当设置开机密码，共享矿井广播系统。

（3）保护功能。煤矿井下皮带运输系统实施自动化控制，具有不错的保护功能，主要体现在以下几个方面：一是电流保护。在运输系统运行过程中，如若机组的电流出现过高的情况，那么便很容易损伤机组，影响整个系统的正常运行。自动化控制技术的应用，可于皮带运输系统中安装电流变送器，以便于实时监控机组的电流状况，获取相应的电流信息，当其出现异常高温的时候，则要停止机组的运行，对其进行处理，能够有效防止机组受损[5]；二是故障保护。指的是在皮带运输系统运行过程中，自动化控制技术的引入，可以降低系统故障发生率，可于运输系统中增设保护开关，通过信息识别技术来进行信息监控，及时发现可能存在的故障，并找到故障位置，加以处理，确保运输系统的安全运行；三是温度保护。指的是在皮带运输系统长时间运行过程中，会产生大量的热量，致使电机温度升高，这会影响机组的功能，因此可在自动化控制系统中设置热电阻，以便于掌握其运行中的温度信息，有效监控电机的实时温度，如若温度过高，则需要停机处理。

3.自动化控制在煤矿井下皮带运输系统中的主要应用方面

（1）有效控制运输流程。自动化控制技术能够通过在皮带运输系统中增设传感器、保护开关，来有效处理皮带运输系统的运行异常。一旦监测到其运行数据异常，便可以利用故障识别技术，来确定故障位置，查明引发故障的原因，并及时作出相应的保护开关动作，避免造成严重的后果。皮带运输系统中的传感器，能够及时而详细反馈相关数据，控制器在接收到这些数据之后，会对其进行分析和处理，然后根据分析结果来下达相应的指令，停止各设备的运行，与此同时还会将信息再次回传至控制系统中。在处理完皮带运输系统故障之后，控制器便可以重新发出命令，启动运输系统，使设备恢复到正常运行状态，继续进行生产作业。这有利于提高生产安全水平，保障相关人员的生命安全[6]。另外，当煤矿井下皮带运输系统处于正常运行状态时，也可以开启手动操作模式，只需要利用已经预设好的程序，便能够有效把控系统的运行，对其进行有效的控制。

（2）实施远程操控。在煤矿井下皮带运输系统中应用自动化控制技术，有利于实现远程操控。但实现远程操作的前提在于做好相应的准备工作。相关人员必须加强对运输系统中各设备、机组进行详细的检查，确保其处于正常的运行状态下，如若没有发现问题便可以运行。完成检查之后，系统控制人员之间还应当保持良好的交流与沟通，需相互传递信息。自动化控制下的皮带运输系统有以下几种运行模式：第一种是分运行模式。指的是系统主站在运行过程中没有进行统一化运作，主站并不会控制分站，每一个分站的运行都具有独立性，而且较为固定；第二种是全运行模式。指的是在运输系统中，无论是主站，还是分站，其采用的是共同启动的方式，属于统一运作；第三种是应急运行模式。这一模式主要应用于一些紧急情况下，比如说突发故障，需要急停等。在这个过程中应当遵循皮带运输系统启动停止的原则，即如若启动了逆煤流，那么则要停止顺煤流。可利用主机来控制其他的分站机，实施自动化操控，这有利于提高皮带运输系统的运转效率[7]。

（3）加强维修操作控制。在实施煤矿井下生产作业的时候，需要布设相应的生产设备，为了确保这些设备的正常运行，要对其进行有效的养护工作，应当根据设备的特点以及实际情况，来设定日常维护计划，以保障设备运行的稳定性，为煤矿生产工作奠定扎实基础。在自动化控制技术的应用下，为实现维护目标，应当从两方面来进行有效的维护，一方面是对设备进行维护，另一方面则是对系统网络维护。既可以实施开车检修，也可以实施停车检修，根据皮带运输系统的运作状态来实施相应的维修方式，旨在强化维修结果，解决系统运行中存在的故障。与此同时，还能够采用人工监测的方式，来完成维修工作，但之后需要基于皮带运输系统的实际情况和需求，来进行相应的调整，以有效排除其中存在的安全隐患，确保系统的正常运行[8]。

（4）自动化控制煤矿皮带运输系统的实际应用。以某煤矿井下生产为例，其在实际生产过程中采用了三条皮带运输系统，其中一条为主要皮带运输系统，长度约为750m，另外配备了两条皮带运输系统，长度在500m左右，总运输距离在1700m左右。皮带的宽度约为1200mm，电机功率和供电电压都按照规定要求来设定。为了使该煤矿井下运输系统正常运行，改变传统的运输模式，充分发挥现代科学技术，则需要对原有的皮带运输系统进行改造，提升其自动化水平。可创建完善的数据平台，接入千兆冗余工业以太环网，并且要保证该网络的稳定性，基于此来对整个系统进行实时监测，开展集中管控工作。要监测每一个分站，单独控制各个皮带运输系统，可采用可切换控制模式，与其他系统进行有效配合，如音频系统、通信系统、视频系统等，以便于整合资源，提高资源利用率，实现皮带运输系统的自动化集成发展，获得更多的经济效益。在皮带运输系统中融入自动化控制技术，有利于提高煤矿生产效率，降低生产过程中的能源消耗，可保证煤矿生产的安全性，减少生产成本[9]。

在该工程应用过程中，所使用的煤矿皮带输送机自动化控制系统如图1。其主机的宽带电压输入AC在90～250V之间，内部设置了VoIP语音通信模块，而且配备了视频图像处理软件、摄像头，而且各个软件系统设备的运行情况，都会在同一个界面中展示，方便人们实时掌控整个生产运行状况，把控生产设备的实际情况。可根据实际要求，配备三条皮带运输系统运行的串行总线，每一条总线可以给DC供电15V，单线通信距离可达到4000m左右。在选择控制器的时候，要把控好其尺寸，确定适宜性好的液晶显示屏，以便于用图文展示的方式来把控设备的运行状况。盖系统控制主机还配备了网络通信功能，可连接光纤，内部还设置了网络交换机，不仅能够实现远程操控功能，还支持程序下载、修改、数据交换等。并且还配备了扩音电话功能、急停开关自锁功能，在遇到紧急情况的时候，只需要操控闭锁按钮便能够使皮带运输系统急停，但要注意的是如若要复位闭锁按钮，需要人工操作。与此同时，该控制系统还要和广播报警扩播电话对接[10]。

图1 煤矿井下皮带运输系统自动化控制

自动化控制煤矿皮带运输系统，在实际应用过程中，需要从两方面来进行有效的把控：一方面是送机过程的把控。煤矿井下生产环境较为复杂，存在着许多不确定性因素，即使是自动化控制皮带运输系统，同样容易发生故障，但相较于传统的皮带运输系统来说，具有自动化控制功能的系统在运行过程中更加安全，这是因为当系统出现故障，或是发生异常的时候，其自身可以及时识别故障，并且下达有效的指令，对系统进行保护。在处理好系统故障之后，其可以自动复位，重新启动系统，使之正常运行。这在很大程度上能够减少煤矿井下生产安全事故的发生，有利于保护相关人员的生命财产安全。要注意的是，虽然皮带运输系统是自动化控制，但同样能够进行人工操控，可通过人为操作的方式来改变皮带运输系统的运行状态。而且可以对系统的热电阻进行动态化监控，一旦热电阻温度超出允许范围，便会自动停止运行系统，这能够有效保护电机。另一方面，则是对皮带输送机故障的维修管控。在皮带输送机运行的过程中，其也容易发生故障，为了避免这一问题，则需要做好日常维护工作。在对其进行维护的时候，应当定期检查输送机的硬件设备，看其是否存在问题，是否能够正常运行。与此同时，还要关注于输送机的软件系统，查看其功能是否齐全，要实施全面测试。在维修过程中，还需要结合人工检测的方式来合理判断系统的状态，如若发现故障，要及时采取针对性措施解决。

4.皮带运输自动化的优点和未来智能化发展方向

皮带运输自动化的优点，主要体现在以下几个方面：一是其在输料过程中具有连续性，能够在一定范围内按照要求来输送物料。可连续在同一方向内运输物料，装卸不需要停车，运输速度快、生产效率高；二是皮带运输自动化具有较好的稳定性，工作过程中的能耗较低，驱动装置功率较小。在未来皮带运输将朝着智能化方向发展，如伸缩皮带输送机械的发展顺应了这一趋势，其能够在皮带运输自动化的基础上，增设伸缩机构，使得皮带机能够自由调整所需要的长度，并设有自动升降装置，以便于控制输送机端部高度。与此同时，皮带自动化集控系统也将进一步实现智能化，开启自动化开采时代。