煤矿井下皮带输送机运输系统运行控制研究

杨仁伟

（山西焦煤汾西矿业（集团）有限责任公司，山西 介休 032000）

引言

带式输送机是煤矿井下运输的关键设备，带式输送机采用的电控系统是否合理直接影响原煤运输效率，同时会给矿井生产带来制约[1-2]。山西某矿为设计产能500 万t/年的大型矿井，其采用斜井、平硐开拓方式，主斜井皮带输送机自投产以来，电控系统运行平稳、可靠，可满足井下原煤高效运输需求。为此，本文就对矿井主斜井皮带输送机电控系统进行分析，并重点对电控系统整体结构、关键子系统特点及功能等进行阐述，以期为其他矿井皮带输送机电控系统设计提供经验指导。

1 斜井皮带输送机控制系统结构

矿井主斜井长度为1 690 m，主斜井内铺设的皮带输送机长度总计1 730 m、铺设角度0°～10°，输送带宽度2 000 mm、运行速度5.6 m/s、额定运输能力5 800 t/h，采用4 台规格为2 800 kW/6 kV 驱动电机提供动力。皮带输送机输送带张紧采用机尾液压张紧装置实现，制动方式采用液压盘式制动。皮带输送机电控系统主要包括PLC 监控系统、煤流监控系统、配电系统（高低压）、综合保护系统及值守机器人等。

在主斜井井口房位置布置主斜井、西翼大巷及上仓皮带输送机电控设备，上述皮带输送机通过搭接方式实现井下原煤运输。井下皮带输送机运行控制时根据采集到的煤流量，通过远程调节接口、变频器等配合实现皮带输送机运行速度智能调整。井下综采工作面皮带输送机、采区皮带输送机等技能配备有煤流监测仪、PLC 控制箱等，煤流监测结果采用PLC 控制箱直接接入井下工业以太网环网，具体结构组成如图1所示。

图1 皮带输送机控制系统结构

皮带输送机运行控制时，将前级皮带输送机监测到的煤流数据作为后级皮带输送机运行速度控制的依据，从而降低皮带输送机在空载、轻载时的能耗，提高设备使用寿命。

2 皮带输送机控制系统各子系统功能

2.1 配电系统

皮带输送机配电系统包括高、低压系统两类，高压配电系统主要设备为KYN28-12 高压开关柜（现场布置15 台），高压开关柜配备数字仪表、真空断路器（VD4）、综合保护器，同时综合保护器具备以太网及RS485 通信接口、电气保护及闭锁装置等。变频器供电回路断路器运行受变频器控制，不受PLC 监控系统控制，提高供电可靠性。

低压配电系统类型为TN-S 系统，主要为1 套低压开关柜，进线侧通过双电源自动切换装置，实现对井下皮带输送机成套设备、井口辅助设备（包括照明、液压站等）提供交流电。

2.2 监控系统

皮带输送机监控系统主要功能要求主要如下[3-5]：

1）控制方式。监控系统不仅应实现皮带输送机启动、停机、保护及监测等功能，而且可实现多条皮带输送机集中控制并显示运行状态参数；通过光纤网络将皮带输送机运行参数传输给地面监控中心，实现地面监控中心远程监控。

2）启动控制。在皮带输送机启动阶段首先发出启动预告，然后松闸、张紧输送带，待完成上述指令后通过变频器实现皮带输送机软启动，启动时加速度控制在0.1～0.3 m/s2，在启动期间对各种安全监测信号进行分析，若发现存在安全故障则立即停止运行。

3）正常停车。需要停止皮带输送机运行时，先停止前一级皮带输送机，并延伸一段时间待输送带上煤运输完成后，通过变频器实现皮带输送机软停车；待皮带输送机运行速度降低至0.5 m/s 以内时启动控制抱闸，皮带输送机停止运行。

4）急停。当发现皮带输送机运行出现急停闭锁、跑偏、纵向撕裂、烟雾或者堆煤等故障时，停止主电机供电并启动抱闸程序，实现皮带输送机急停。

5）验带。当选择验带模式时，皮带输送机通过变频器控制保持低速运行，从而对输送带进行检查。

6）制动系统及主控制系统等均应实现电气闭锁控制，确保启动阶段、正常运行阶段制动闸处于松开状态；皮带输送机速度接近0 时，制动器动作；制动器出现故障或者断电时，主控制器应按照急停处理，快速停止皮带输送机运行。

2.3 变频系统确定

现阶段煤矿井下使用的变频装置主要类型包括低压级联结构变频器（晶体管类型为IGBT 绝缘栅双级型晶体管）、ACS 5000 变频器（晶体管类型为IGCT集成门级换流晶体管）、Power Flex7000 变频器（晶体管类型为SGCT 成门级换流晶体管）等。结合以往成果[6-7]并通过综合比对分析，最终矿井变频器选择采用ACS 5000 变频器。

2.4 煤流量监测

依据煤流量监测结果调整皮带输送机运行速度，根据监测到的煤流量来实现运行速度调节，具体速度包括50%带速、75%带速及100%带速。依据沿线布置的煤流量监测传感器计算并分析不同皮带输送机上煤流分布情况，从而自动判定皮带输送机顺煤流或者逆煤流启动，当满足条件时皮带输送机优先选择顺煤流启动；当煤流监控不参与时皮带输送机启动均按照逆煤流方式。具体皮带输送机控制逻辑如图2 所示。

图2 皮带输送机控制逻辑

煤流量监测系统会实时记录沿线各条皮带输送机上煤流量分布情况，若监测到各皮带输送机均为空载时，则皮带输送机均按照顺煤流方式启动，具体启动顺序为：采面运输巷皮带输送机—西翼大巷皮带输送机—主斜井皮带输送机—上仓皮带输送机。

2.5 综合保护系统

在皮带输送机机头位置布置电源箱（型号KDW101）、主控制器（KTC101-Z），电源箱为主控制器供电，主控制器用以控制皮带输送机启停并显示运行状态，并实现沿线布置的各类传感器（包括烟雾、温度、超温晒水、速度、堆煤等）检测。

2.6 值守机器人

值守机器人系统包括图像采集、补光照明、防爆计算机及控制主机等。将值守机器人置于皮带输送机正上方约1.0 m 位置处，用以采集输送带图像并对图像处理结果进行分析。采集到的图像分别传输给防爆控制主机及防爆计算机，防爆控制主机用以对图像中锚杆、大块煤矸等进行识别，避免给输送带或者后续运输带来影响；图像处理结果及监测图像传输给防爆计算机后，监控中心会实时显示处理结果及监控画面。具体现场应用图像如图3 所示。

图3 值守机器人现场监控画面

3 结语

现阶段该矿皮带输送机控制系统已平稳运行超过2 年，现场应用实践表明，矿井采用的控制系统运行平稳、可满足井下原煤运输需要。控制系统可提高皮带输送机驱动装置力矩响应速度，同时具备操作简单、可靠性强及运行平稳等优势；通过智能调速系统可降低空载、轻载状态下能耗及磨损，提高皮带输送机使用寿命。