煤矿井下自动化控制在皮带运输中应用探究

摘要：皮带运输机在现代煤矿高产高效的生产过程中起到主要作用。煤矿生产有其特殊性，皮带运输系统运煤量无法实现均匀输送，皮带运输机的自动控制系统应运而生，并在生产发展的过程中日益精准，不仅促进了生产的发展，还有助于节能减排。

关键词：煤矿矿井；皮带运输机；自动化控制；传送装置

中图分类号：TD611 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）12-0130-02

进入21世纪，人们对于能源的消费量以及消费水平呈现出快速增长态势，随着能源的消耗，本世纪能源结构也必将发生巨大变化。传统的煤炭等资源将会逐步降低在能源消费中的比重，取而代之的是新兴能源与可再生资源所占比重的大幅增加。但是，就我国能源构成结构来看，由于石油、天然气储量有限，水力资源分布极其不均，这必将导致我国能源构成中煤炭主导地位的长期不动摇。更重要的是，随着人口的不断增长以及为满足国家经济持续高速稳定发展的要求，我国能源消费的总量在接下来的很长一段时间内都将保持上升态势，虽然煤炭消费的比例将会下降，但其消费总量将继续增加。

我国是世界储煤大国，煤炭资源丰富，劳动力廉价，本应在国际市场竞争中占据优势，但由于技术、管理、体制等原因，大多数煤矿的劳动力效率低下。1998年我国原有统配煤矿的平均全员效率仅为美国的1.6%，澳大利亚的1.78%；工人年工资仅为美国2%，澳大利亚的1.15%，工资差别如此之大，但是每吨煤劳动成本还是超过了美国。目前国内煤炭行业的现状是煤炭企业已难以盈利甚至亏损，经营状况举步维艰，此种状况亟待解决。本文主要就自动控制系统在煤矿井下皮带运输系统中的应用现状及前景进行探讨，供广大同仁参考借鉴。

1 采用皮带输送自动化控制系统的紧迫性

我国目前煤炭企业的经营现状十分惨淡，未来我国煤炭企业的出路在哪里？依据世界上其他先进采煤国以及我国神华、兖矿等矿区“九五”发展经验，综合其他传统产业发展的经验来看，采用高新技术改造传统煤炭工业，降低人工成本，提高生产效率已经是中国煤炭企业走出目前困境的唯一出路。

传统带式输送装置在煤矿生产中已经得到广泛应用，但是这种带式输送装置存在启动电流大、传动效率低、功率不平衡、无功环流损耗大、老化速度快等缺点，给企业带来巨大经济损耗的同时，也给煤矿的安全生产造成了严重威胁，其中机电事故中相当数量发生在老化的带式传送装置上，直接影响到煤矿工人的人身安全。

现代煤矿高产高效的主要运输设备就是皮带运输机。由于煤矿的特殊生产条件，运行过程中皮带运煤量不均匀。高速运行时容易发生低负荷与零负荷工况，严重磨损传动部件，造成电能的巨大浪费，同时由于皮带运输机在生产过程中不能中断运行，因此对于皮带输送装置系统的改造就显得尤为重要。

2 皮带运输机自动控制系统原理及特点

皮带运输机自动控制系统应用电力电子技术实现对皮带传动速度等相关参数的控制。随着煤矿向一矿一面方向发展，相关配套设备的发展趋势则呈现出大型化、大功率化，对于电能的供应及电能质量提出更高的要求。而电力电子技术则是借助于半导体功率器件对电能进行转换、控制和优化利用。电力电子技术迅猛发展给皮带运输机自动控制系统的更新升级带来了福音，第三代电力电子器件可将高电压、大电流的功率器与起控制作用的数字电路、逻辑电路、保护电路以及传感检测电路集成在一起。其主要优点是可以直接接收控制信号并进行传递和变换处理以达到控制目的。

煤矿井下自动化控制系统中，皮带运输机所用调速交、直流电动机就是采用的电力电子技术。自动控制系统通过排布在传送带上的载荷传感器采集载荷信号传递到中枢系统进行分析，继而将动作指令传递给调速电机，控制皮带运行速度，以匹配负载，达到降低能耗，延长传动部件使用寿命的目标，同时大大提高其运行安全性与可

靠性。

此种系统有一般自动控制系统所具有的特点。首先，都采用计算机（包括单片机、PLC即可编程序控制器或嵌入式计算机）和多种传感器组成的工况检测以及控制系统，对设备各部分工况参数进行连续监控及保护，并采用显示控件对相关参数显示；其次，具有通信联网的功能。皮带输送机自动控制系统在整个矿场自动控制系统中并非独立存在，不是一个“自动化孤岛”，而是具有良好的通信联网功能。在计算机上有相应的通信接口或者通信模块，通过双芯屏蔽通信线或者光纤与其他设备连接，实现信息交互、联动和集中控制；最后，采用多种先进传感器采集相关信号，例如载荷信号、传送速度信号等，给中央处理器提供足够数据，保证能够及时准确控制调速电机进行动作。传感器数量以及性能直接影响到数据信息量的大小以及数据的准确性。

3 皮带输送自动控制系统的发展前景与趋势

目前我国煤矿生产企业急于走出困境，纷纷选择以高新技术为支持的传统产业改革，试图通过高新技术的应用降低生产投入，减少生产能耗，提高生产效率，提高煤炭产量。皮带输送自动控制系统优点在于能够使工作速度与负荷量相互配合，避免不必要的空转以及低负荷运转工况，大大提高了设备使用寿命，减少对设备的损耗，减少了空转等情况下对于电能的大量消耗，降低了生产成本。更重要的是大大提高设备运行安全性与可靠性，使得事故发生概率明显下降，矿场职工的生命安全得到更好的保障。

自动控制系统的投入运行，使得大量传感器取代了传统生产中人的作用，对于工况的判断更加准确，更加数字化，对于系统生产效率的提高有极大的作用。同时，也解放了大量劳动力，检修人员也大大减少，设备检修投入大幅降低。

基于以上情况，皮带输送自动控制系统在煤矿井下生产过程中的普及与更新换代已然势不可挡。其应用呈现出普及化趋势，自动控制系统的发展与更新换代体现在以下几个方面。首先，中枢处理的高速化，计算机技术和材料学的发展使得CPU处理数据的能力日益提高，保证了信息处理的及时性；其次，系统数据呈现出多接口的发展趋势，能与更多的处理以及分析软件实现在线联网通信；最后，所采用传感器向精细化、较高的数据采集能力方向发展，保证数据的准确性与全面性。

4 结语

皮带输送自动控制系统的应用给处于困境的煤炭企业带来了福音，使得生产成本大幅降低，人工投入减少，运行的安全性得到保障。此系统在未来将会受到越来越多企业的青睐，其更新换代的产品也将进一步降低生产投入，发展前景广阔。

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作者简介：冯志强（1986—），男，供职于开滦（集团）蔚州矿业有限责任公司单侯矿皮带队，研究方向：自动化。

（责任编辑：赵秀娟）